静力学基本概念及原理
27页1、静力学基本概念及原理,学习本章时要求读者必须明确和掌握的问题如下: (1) 了解和掌握力和力系的基本概念、基本原理,明确静力学研究的基本对象。 (2) 了解和掌握约束及约束反力的概念,工程中不同约束类型的受力特点及其一般表达方法。 (3) 了解和掌握物体受力分析的一般步骤及其在工程中的应用。,1.1 力和刚体的概念,力和刚体是静力学中两个重要的基本概念,力一般是指物体间相互机械作用,刚体是指在力的作用下不会变形的物体(即其内部任意两点之间的距离始终保持不变),它是一个理想化的力学模型。,1.1.1 力的概念,力是物体间的相互机械作用,这种作用使物体的运动状态发生改变,或使物体产生变形。力使物体改变运动状态的效应称为力的外效应,使物体产生变形的效应称为力的内效应。力对物体作用的效应取决于力的三要素,即力的大小、方向、作用点。,1.1.2 力系的分类,力系依作用线分布情况有以下几种:若所有力的作用线在同一平面内时,称为平面力系;否则称为空间力系。若所有力的作用线汇交于同一点时,称为汇交力系;而所有力的作用线都相互平行时,称为平行力系。力偶系则是指力系中所有各力均以力偶的方式组成。,1.1.
2、3 刚体的概念,静力学主要研究物体的平衡,即物体机械运动的一种特殊状态,此时物体的变形成为次要因素,可以忽略不计。这就引出一种理想的物体概念,即刚体的概念。所谓刚体是指在力作用下体积和形状都不会改变的物体,其内部任意两点间距离始终保持不变。这是一个理想化的力学模型。,1.2 静力学基本原理,牛顿运动定律是研究物体机械运动一般规律的基础,也是研究机械运动的特殊情 形平衡问题的基础。这里只提出静力学中用到的几个原理。这几个原理,有的就是牛顿定律本身的内容;有的则是可由牛顿定律导出的结论。不过这里将不加证明,而只作为由实践验证的原理提出来。,1.2.1 二力平衡原理,作用于同一刚体的两个力平衡的必要与充分条件是:两个力大小相等、方向相反、作用线在同一直线上。,1.2.2 加减平衡力系原理,在任一力系中加上一个平衡力系,或者减去一个平衡力系,所得新力系与原力系对于刚体的作用效应相同。 推论1:力的可传性原理 作用于刚体上的力,可沿其作用线移至刚体内任意一点,而不改变它对于刚体的效应。,1.2.3 力的平行四边形法则,作用在一个物体上的两个共点力可以合成为一个合力,合力作用于两分力的公共作用点。
3、合力的大小和方向由以这两力为边的平行四边形对角线确定。 如图1.1(a)所示作矢量AB及AD分别代表力F1及F2,以AB和AD为邻边作平行四边形ABCD,则对角线矢量AC即代表F1与F2的合力FR;力F1及F2则称为FR的分力。 平行四边形法则表明,共点的两个力的合力等于这两个力的矢量和,用矢量方程表示,就是 FR=F1+F2 有时用三角形法则求合力的大小和方向:在图1.4(b)中,作矢量AB代表力F1,再从F1的终点B作矢量BC代表力F2,最后从F1的起点A向F2的终点C作矢量AC,则AC即为合力FR。 推论2:三力平衡汇交定理,当刚体受三个力作用而平衡时,若其中任何两个力的作用线相交于一点,则剩余一力的作用线必交于同一点,且三个力的作用线位于同一平面内,如图1.2所示。,图1.1 力的合成,图1.2 三力平衡汇交,1.2.4 作用与反作用定律,两物体间相互作用的力(作用力与反作用力)总是同时存在、大小相等、作用线相同而方向相反,分别作用在两个相互作用的物体上。,1.2.5 刚化原理,如果变形体在某一力系作用下处于平衡,若将此变形体刚化为刚体,其平衡状态不变。 例如,在图1.3(a)
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