靜力學(xué)的基本概念和受力分析.ppt

,理論力學(xué),電子教程,理論力學(xué)電子教程,歡迎使用,力學(xué)在工程中的應(yīng)用（一）,力學(xué)在工程中的應(yīng)用（二）,力學(xué)在工程中的應(yīng)用（三）,理論力學(xué),靜力學(xué),運(yùn)動(dòng)學(xué),動(dòng)力學(xué),理論力學(xué)：研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的科學(xué)。,本課程的內(nèi)容包括以下三部分：,理論力學(xué)研究的主要問(wèn)題,靜力學(xué)：研究物體在力系作用下的平衡問(wèn)題， 其中包括力的基本性質(zhì)和物體的受 力分析。,運(yùn)動(dòng)學(xué)：研究物體運(yùn)動(dòng)的描述，而不涉及引 起物體運(yùn)動(dòng)的原因。,動(dòng)力學(xué)：研究物體的運(yùn)動(dòng)變化（加速度、動(dòng) 量變化等）和作用力之間的變化。,靜 力 學(xué),第一部分,主要研究以下三個(gè)問(wèn)題：,1. 受力分析分析作用在物體上的各種力，弄清研究對(duì)象的受力情況。,2. 平衡條件建立物體處于平衡狀態(tài)時(shí),作用在物體上的力系應(yīng)滿足的條件。,3. 利用平衡條件求解未知力，以解決工程中的相關(guān)問(wèn)題。,第一章 靜力學(xué)的基本概念和物體的受力分析,13 約束和約束反力,12 靜力學(xué)公理,11 靜力學(xué)的基本概念,14 研究對(duì)象和受力圖,1-1 靜力學(xué)中的基本概念,1.剛體的概念,任何物體在力的作用下，任意兩點(diǎn)之間均將產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使其初始位置發(fā)生改變，稱之為 位移 。從而導(dǎo)致物體發(fā)生 變形 。忽略物體的變形時(shí)，將其抽象為 剛體。剛體是一個(gè)理想化的模型。,在理論力學(xué)的靜力學(xué)中，所研究的物體只限于剛體，故又稱剛體靜力學(xué)。,2.力的概念,力對(duì)物體作用的效應(yīng)，決定于力的大小、方向（包括方位和指向）和作用點(diǎn)，這三個(gè)要素稱為力的三要素。,（2）力的三要素,力是物體間的相互作用，這種作用使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。,（1）力,F,等效力系：作用于物體上的一個(gè)力系可用另一個(gè)力系代替，而不改變?cè)ο祵?duì)物體作用的 外效應(yīng)，用 （ ）( )來(lái)表示。如下圖所示。,（3）等效力系,作用在物體上的若干個(gè)力總稱為力系，以 （ ）來(lái)表示。,要使物體處于平衡狀態(tài)，作用于物體上的力系必須滿足一定的條件，這些條件稱為力系的平衡條件；,3. 平衡條件與平衡力系,物體平衡是指物體相對(duì)于地面保持靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。,作用于物體上正好使之保持平衡的力系則稱為平衡力系。,作用于剛體上的兩個(gè)力，使剛體處于平衡狀態(tài)的必要與充分條件是：這兩個(gè)力等值，反向，共線。,只受兩個(gè)力作用而處于平衡的物體。,公理1 二力平衡公理,二力構(gòu)件（二力體）,1-2 靜力學(xué)公理,在作用于剛體上的已知力系中，加上或減去任一平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的效應(yīng)。,公理2 加減平衡力系公理,作用于剛體上的力，可沿其 作用線任意移動(dòng)而不改變它對(duì)剛體的作用效應(yīng)。,推論1：力的可傳性原理,公理 3 力的平行四邊形法則,作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，其合力也作用在該點(diǎn)上，合力的大小和方向則由以這兩個(gè)力為邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線來(lái)表示，而該兩個(gè)力稱為合力的分力。,推論2：三力平衡匯交定理,若剛體受三個(gè)力作用而平衡，且其中兩個(gè)力的作用線相交于一點(diǎn)，則三力必共面且三個(gè)力的作用線必匯交于一點(diǎn)。,三力平衡匯交定理可用下圖關(guān)系來(lái)證明。,如圖所示為簡(jiǎn)支梁AB的受力圖。,兩物體間相互作用的力，總是大小相等，方向相反，且沿同一直線。分別作用在兩個(gè)物體上。,公理 4 作用與反作用定律,一、約束的概念,1、 自由體與非自由體,自由體 在空間能向一切方向自由運(yùn)動(dòng)的 物體。如飛鳥(niǎo)等。,非自由體 當(dāng)物體受到了其他物體的限制， 而不能沿某些方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，這 種物體稱為非自由體。如軌道 等。,1- 3 約束和約束反力,2 、 約束,限制非自由體運(yùn)動(dòng)的物體是該非自由體的約束。,約束,被約束物體,3、 約束反力,4、約束反力的方向,與約束所能限制的運(yùn)動(dòng)方向相反。如上圖中力 的方向。,約束施加于被約束物體上的力。如下圖中的力 。,1、 柔體約束,二、工程中常見(jiàn)的約束,2 、光滑面約束,3、光滑鉸鏈約束,4、 軸承約束,（1）滑動(dòng)軸承,止推軸承約束,（2）滾動(dòng)軸承,5、固定端約束,受力分析方法：將物體從約束中隔離出來(lái)，將約束對(duì)它的作用代以相應(yīng)的約束力，即取隔離體，畫(huà)受力圖。,對(duì)物體進(jìn)行受力分析是靜力學(xué)計(jì)算（如求解約束力）中最重要的一步，也是動(dòng)力學(xué)計(jì)算（求解物體受力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化間的關(guān)系）中的重要環(huán)節(jié)。,1- 4 研究對(duì)象和受力圖,畫(huà)受力圖的步驟,（1） 明確（選擇）研究對(duì)象，并將研究對(duì)象從它周圍的 約束中分離出來(lái)，單獨(dú)畫(huà)出其簡(jiǎn)圖。,（2） 畫(huà)出研究對(duì)象受的力，明確每個(gè)力是哪個(gè)施力體施 加的。,（3）根據(jù)約束性質(zhì)畫(huà)約束反力。,（4）考慮平衡條件，判斷某些約束反力的方向。,（5） 注意作用力與反作用力的關(guān)系。,如下圖梁AB， 分析AB梁的受力情況并作出它的受力圖。,例1-1,【解】,【解】由于BC為二力桿，故 NBC 為二力桿BC對(duì)AB梁的約束反力。 BC桿的受力圖如圖（b）所示,B,C,（b）,F,例1-6,如圖所示機(jī)構(gòu)中，BC桿的輪 繩子處于水平位置。不計(jì)摩 擦。繪出輪C、桿BC、桿AD、 及整體的受力圖。,【分析與討論】,(1)凡是合力都比分力大。( ) (2)力是滑動(dòng)矢量，可沿作用線轉(zhuǎn)移.（ ） (3)若作用在剛體上的三個(gè)力的作用線匯交于同 一點(diǎn)，則該剛體必須處于平衡態(tài)。（ ）,1、是非題,2、選擇題,對(duì),錯(cuò),錯(cuò),（1）二力平衡條件的適用范圍是（ ） A、剛體 B、剛體系統(tǒng) C、變形體 D、任何物體或物體系統(tǒng),（2）作用和反作用定律的適用范圍是（ ） A、只適用剛體 B、只適用于變形體 C、對(duì)任何物體均適用 D、只適用于處于平衡狀態(tài)的 物體,（3）如果力是 兩力的合力，用矢量方程表示為 其大小之間的關(guān)系為（ ）,A、必有 B、不可能有 C、必有 D、可能有 （4）一物體能否看作剛體，取決于（ ） A、物體是