第1章静力学基础

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1、第1章静力学基础学习目标1．掌握力的概念、表示方法及其合成与分解；2．理解平衡、刚体、力系、约束和约束反力等概念；3．掌握静力学公理的内容及其应用范围；4．掌握工程中常见的约束特征和约束反力的画法，能熟练正确地绘制物体及物体系统的受力图。1.1静力学概述人类在长期的生产实践和社会生活中为了节省劳动、提高效率，不断改进所使用的工具，从而设计和制造出了各种□样的机械设备。在设计、制造、使用、维护机械设备中，常常要对其零件、部件进行力受力分析。如图1.1(a)，在用顶针夹紧加工的零件时，如果左右顶针的中心线不在同一直线上，工件

2、虽然在顶针的力作用下夹紧了，但加工出的零件，上平面相对于下平面很有可能达不到设计中规定的平行度要求。要使加工出的零件上下平面达到设计规定的平行度要求，那么左右顶针的中心线应在同一直线上，如图1.1(b)所示。(a)(b)图1.1在图1.2的结构中，如果起吊的重物G太重，则CD圆杆会产生很大的拉伸变形、甚至有可能拉断，这显然是不允许的。因此为了使CD圆杆在B处受到G、T力作用而不产生很大的拉伸变形或拉断，必须对CD圆杆进行受力分析并进行力的计算。力的分析与计算是静力学中讨论的基本内容。图1.21.1.1力的概念1．力的定义

3、1力的概念是人们在长期的生活和生产实践中逐步形成并经过科学的抽象而建立的。力是物体之间的相互机械作用。这种作用有两种效应：(1)使物体运动状态发生变化，如图1.3(a)用手在C点推物块、图1.4(a)用手在A点推小车都是使物体的运动状态发生变化；(2)使物体的尺寸及形状发生变化，如图1.2中圆杆CD的在力作用下拉伸是形状发生变化。它们分别称为运动效应（外效应）和变形效应（内效应）。(a)(b)(a)(b)图1.3图1.42．力的三要素　力对物体作用的效应取决于力的大小、方向和作用点三个因素，通常称其为力的三要素。在这三个

4、要素中，只要改变其中任何一个，也就改变了力对物体的作用效应(如图1.3(b)、图1.4(b)所示)。力的大小的指物体间的相互作用的强弱程度，其大小可用测力器测定，在国际单位制中，力的单位是N（牛顿）。由于1N的力很小，所以工程中也常用kN（千牛）来表示力的单位，且1kN=1000N。力的方向包含方位和指向两个意思，如铅直向下，水平向右等。力的作用点指的是力在物体上的作用位置。一般说来，力的作用位置并不是一个点而是一定的面积，应为分布力。但是，当作用面积很小以至可以忽略不计其大小时，就抽象为一个点，而认为力集中作用于这一点

5、，这种力则称为集中力。集中力在实际中是不存在的，它是分布力的理想化模型。另一方面，分布力的分布规律一般比较复杂，也需要进行简化。3．力的表示方法为了能形象地体现作用在物体上的力，并且把力的三要素表示出来，工程上常用一个带有箭头的有向线段“→”来表示这三个要素。线段的长短表示力的大小，有向线段的方向表示力的方向，线段的作用处就表示力的作用点。图1.5中，在A点作用了一个水平向左大小为100N的力，在B点作用了一个与水平方向夹30°角且指向右上方大小为175N的力。由于有向线段既表示了它的大小又表示了其方向，因此工程上把这种

6、既有大小又有方向的量称矢量（或称向量）。图1.5中用线段的长短来反映力的大小，是比较麻烦的，有时还是相当困难的，因此工程中往往在力的作用处画一个带有箭头的有向线段来表示力的作用点和力的作用方向，并在其附近写上相应的英文字母，如F或F。但它们的含义是不同的，F表示矢量，而F表示标量(或称代数量)。所谓标量就是指只有大小而不考虑方向的量。这时力的大小不是用线段的长短来表示，而直接写出F＝100N，P＝175N，如图1.6所示。图1.5图1.61.1.2力系和平衡与刚体的概念1．力系一个物体上往往同时要作用好几个力(图1.7、

7、图1.8)，为了能清楚地表达作用在物体上这几个不同的力，可在它们各自的旁边写上不同的字母，如T、G、F1、F2、F3、F4。工程上把作用在物体上的一群力2称为力系。作用在刚体上各个力的作用线如果都在同一平面内，则这种力系称为平面力系(图1.7、图1.8、图1.9)。力的作用线是指通过力的作用点，沿力方向的直线。在平面力系中，如果各个力的作用线都汇交于一点，则这样的力系称为平面汇交力系(图1.9)，否则称为平面一般力系(图1.8)。各个力的作用线不在同一平面内的力系，称为空间力系，如图1.10所示。图1.7图1.8图1.9

8、图1.102.平衡平衡工程上一般指物体相对于地球保持静止或做匀速直线运动的状态。若一力系使物体处于平衡状态，则该力系称为平衡力系。工程力学研究物体的平衡问题，实际上就是研究作用于物体上力系的平衡条件，并利用这些条件解决具体问题。3.刚体任何物体受力后或多或少地发生变形。图1.2中，在重力G和拉力T的作用下CD圆杆有可