理论力学(第七版).pdf

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1、1引言引言静力学(Statics)是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。静力学主要研究：力系的简化和力系的平衡条件及其应用。23第一章静力学公理和物体受力分析§1-1静力学的基本概念§1-2静力学公理§1-3约束与约束反力§1-4物体的受力分析与受力图4第一章静力学公理和物体受力分析§§1-11-1静力学基本概念静力学基本概念一.力的概念(force)1．定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物体的运动状态。2.力的效应：①运动效应(外效应)②变形效应(内效应)。3.力的三要素：大小，方向，作用点FA力的单

2、位：国际单位制：牛顿(N)千牛顿(kN)5力系(Forcesystem)：A是指作用在物体上的一群力。F平衡力系(Balancedforcesystem)：物体在力系作用下处于平衡，称这个力系为平衡力系。二.刚体(Rigidbody)就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。三.平衡(Equilibriumstate)是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。6§§1-21-2静力学基本公理静力学基本公理公理：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。公

3、理1二力平衡公理作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等

4、F

5、=

6、F

7、12方向相反F=–F12作用线共线，作用于同一个刚体上。7说明：①对刚体来说，上面的条件是充要的②对变形体来说，上面的条件只是必要条件(或多体中)③二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体（二力构件）。二力杆8公理2加减平衡力系原理在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。推论1：力的可传性。作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。因此，对刚体来说，力作用

8、三要素为：大小，方向，作用线9公理3力的平行四边形法则作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。FR=F1+F2推论2：三力平衡汇交定理刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。（必共面，在特殊情况下，力在无穷远处汇交——平行力系。）10[证]∵F,F,F为平衡力系，123∴FR,F3也为平衡力系。又∵二力平衡必等值、反向、共线，∴三力F1,F2,F3必汇交，且共面。公理

9、4作用力和反作用力定律等值、反向、共线、异体、且同时存在。[例]吊灯11公理5刚化原理变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。公理5告诉我们：处于平衡状态的变形体，可用刚体静力学的平衡理论研究。12§§1-31-3约束与约束反力约束与约束反力一、概念自由体(Freebody)：位移不受限制的物体叫自由体。非自由体(Constrainedbody)：位移受限制的物体叫非自由体。约束(constraint)：对非自由体的某些位移预先施加限制条件的物体称为约束。（这里，约束是

10、名词，而不是动词的约束。）约束反力(Reactionsofconstraint)：约束给被约束物体的力叫约束反力。13约束反力特点：①大小常常是未知的；②方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；③作用点在物体与约束相接触的那一点。FN1GGFN214二、约束类型和确定约束反力方向的方法：1.由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束绳索类只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点，方向沿绳索背离物体。F'FT1T1FTPPFT2F'T2152.光滑接触面的约束(光滑指摩擦不计)约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物

11、体PFPNBFFNANFN163.光滑圆柱铰链约束①圆柱铰链(Cylindricalpin)FAyAFAAxA17②固定铰支座(Fixedhingedsupport)滑槽与销钉滑槽与销钉（双面约束）（双面约束）18固定铰支座19活动铰支座（辊轴支座）(Kinetichingedsupport(stepbearing))20§§1-41-4物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图一、受力分析解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体，即选择研究对象；然后根据已知条件，约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况，

12、这个过程称为物体的受力分析。作用在物体上的力有：一类是:主动力(Activeforces),如重力，风力，气体压力等。二类是：被动力(Passiveforces)，即约束反力。解除约束原理：当约束被人为解除时，必须在解除约束处施以等效的约束反力。21二、受力图画物体受力图主要步骤为：①选研究对象；②取分离体；③画上主动力；④画出约束反力。[例1