机械基础 教学课件 作者 谭敬辉 机械基础 第二章.ppt

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1、机械基础谭敬辉编第一节力的概念和基本性质一、力的相关概念1.力的概念人们通过长期、反复的观察、实验和分析，逐步认识到物体的机械运动状态发生改变或物体发生变形都是物体之间机械作用的结果，。力使得物体运动状态发生改变的效应称为力的外效应或运动效应；而力使得物体的形状发生改变的效应称为力的内效应或变形效应。静力学只研究力的外效应。第一节力的概念和基本性质力对物体的作用效应取决于三个方面：力的大小、力的方向和力的作用点,这些统称为力的三要素。这三个要素中任何一个发生改变，则力的作用效应就会发生变化。力是一个既有大小,又有

2、方向的量,因此力是矢量。力可以用一个带有箭头的有向线段来表示。如图2-1所示。图2-1第一节力的概念和基本性质2刚体的概念在静力学中,常把所研究的物体看成是刚体。所谓刚体,就是在力的作用下其大小和形状都保持不变的物体。绝对意义上的刚体是不存在的。工程实际中的构件在受力后产生的变形都非常小,这对于所研究的结果的影响可以忽略不计。可以把这些物体看成是刚体,从而使问题大为简化。第一节力的概念和基本性质3平衡的概念平衡是物体机械运动的一种特殊形式,所谓平衡是指物体的状态不发生改变。这有两种情形：一种是物体静止不动，速

3、度等于零；而另一种是物体做匀速直线运动或绕一对称轴做匀速转动。一切的平衡和不变只是一种暂时和相对的概念,是相对于地面而言的。静力学主要研究的是物体在受力时处于平衡状态的平衡条件,同时也研究力的基本性质、力系的简化及平衡条件和物体受力分析的方法。第一节力的概念和基本性质二、静力学公理静力学公理是人们在长期的生活和生产实践中关于力的基本性质的概括和总结。它们是静力学的基础,，掌握好这些公理对学好静力学十分重要。公理一：二力平衡公理作用于刚体上的两个力平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等,方向相反,并作用在同一直线

4、上。第一节力的概念和基本性质二力平衡公理只适于刚体,对刚体来说是必要且充分的条件,如图2-2a所示。但是对于非刚体，这个条件就只是必要条件而非充分条件，如图2-2b所示。图2-2二力平衡a)刚体b)非刚体第一节力的概念和基本性质公理二：加减平衡力系公理在作用于刚体上的任何一个力系上,加上或除去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。因为平衡力系对于刚体的平衡或运动状态没有影响，所以公理二常用来简化已知力系。推论：力的可传性原理作用在刚体上的力，可沿着其作用线移至刚体上任意一点，而不改变力对这个刚体的作用效果

5、。应当注意的是，力的可传性原理只适用于刚体，而不适用于变形体。第一节力的概念和基本性质公理三：力的平行四边形法则作用于物体上同一点的两个力,可以合成为一个合力，合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向以这两个力为边所构成的平行四边形的对角线来表示，如图2-4a所示。图2-4力的平行四边形法则第一节力的概念和基本性质这种合成力的方法,称为向量加法。合力称为这两个力的向量和或几何和。由图2-4b可知，在求两个力的合力时,并不需要作出一个完整的平行四边形。只要让这两个力F1、F2首尾相接,这样从第一个力F1的起点指向F2

6、的终点的矢量就代表合力FR。合力与分力所构成的三角形称为力的三角形，这种求合力的方法称为力的三角形法则。应用力的平行四边形法则,还可以将一个已知力分解为两个作用在同一点的分力。在工程上用得最多的是将一个力分解为一对相互垂直的分力，这种分解称为正交分解。第一节力的概念和基本性质推论：三力平衡汇交定理当物体受共面的三个互不平行的力作用而平衡时，则三个力的作用线必然汇交于同一点。第一节力的概念和基本性质公理四：作用与反作用公理两个物体相互作用时，作用力与反作用力总是同时存在的，且大小相等、方向相反、沿同一直线，分别作用

7、在两个物体上。应当注意的是，作用力与反作用力虽然大小相等、方向相反、沿同一作用线，但不是一对平衡力。因为它们是分别作用在两个不同的物体上，不能彼此平衡。这和公理一有本质的不同，不能混淆。第二节力矩和力偶一、力矩1力矩的概念力可以使物体转动。力对物体的转动作用不仅与力的大小有关，还和力与转轴之间的距离有关。力越大、力和转动轴间的距离越大，力对物体的转动的作用就越大。力和转动轴线之间的距离，即在同一平面上转动轴线到力的作用线的垂直距离，称为力臂。用F表示力，用d表示力臂，那么力和力臂的乘积Fd为量度力F使物体绕O点

8、转动效应的物理量，称为力F对O点之矩,简称力矩，用符号MO（F）表示，即正负号规定：如果力使物体绕矩心做逆时针方向转动，取正号；做顺时针方向转动时，取负号。可见，平面力矩可以用一个带正负号的数值表示，所以力矩是代数量。第二节力矩和力偶力对物体的转动作用取决于力矩的大小。在国际单位制中，力矩的单位是牛顿·米（N·m）或千牛顿·米（kN·m）。应当注意的是：讲一个力的力矩一定