第1章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析

1、理論力學(xué)是研究物體機械運動規(guī)律的一門科學(xué)理論力學(xué)是研究物體機械運動規(guī)律的一門科學(xué)機械運動機械運動物體在空間的位置隨時間而變化物體在空間的位置隨時間而變化理論力學(xué)的研究內(nèi)容理論力學(xué)的研究內(nèi)容靜力學(xué)靜力學(xué)運動學(xué)運動學(xué)動力學(xué)動力學(xué)屬于屬于古典力學(xué)古典力學(xué)(經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué))范疇范疇采用的是采用的是慣性坐標(biāo)系慣性坐標(biāo)系理論力學(xué)的研究對象理論力學(xué)的研究對象緒緒 論論力學(xué)模型力學(xué)模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型求解求解結(jié)論結(jié)論理論力學(xué)的學(xué)習(xí)方法理論力學(xué)的學(xué)習(xí)方法技術(shù)基礎(chǔ)課技術(shù)基礎(chǔ)課理論力學(xué)的學(xué)習(xí)目的理論力學(xué)的學(xué)習(xí)目的為后繼課程打基礎(chǔ)為后繼課程打基礎(chǔ)直接解決實際問題直接解決實際問題分析問題解決問題的能力分析問題解決問題

2、的能力作業(yè)、答疑作業(yè)、答疑緒緒 論論引言引言靜力學(xué)的研究對象靜力學(xué)的研究對象剛體靜力學(xué)剛體靜力學(xué)剛體剛體任意兩點間距離始終保持不變的物體任意兩點間距離始終保持不變的物體剛體系剛體系(物系物系) 剛體、剛體系剛體、剛體系若干物體通過一定的形式組成的系統(tǒng)若干物體通過一定的形式組成的系統(tǒng)第一篇第一篇 靜力學(xué)靜力學(xué)FfLfL/500剛體的概念有相對性剛體的概念有相對性: 與研究問題性質(zhì)相關(guān)與研究問題性質(zhì)相關(guān) 研究塔吊不致傾倒，確定所需配重研究塔吊不致傾倒，確定所需配重力系力系靜力學(xué)的研究內(nèi)容靜力學(xué)的研究內(nèi)容 研究剛體或剛體系在力系作用下處于平衡研究剛體或剛體系在力系作用下處于平衡的規(guī)律的規(guī)律平衡平衡作

3、用在物體上的一群力作用在物體上的一群力物體相對地面物體相對地面(慣性參考系慣性參考系)處于靜處于靜止或勻速直線平動的狀態(tài)，稱此物止或勻速直線平動的狀態(tài)，稱此物體體處于平衡狀態(tài)處于平衡狀態(tài)作用于物體上，使物體保持平衡的作用于物體上，使物體保持平衡的力系力系平衡力系平衡力系平衡力系中任一個力都是其余力平衡力系中任一個力都是其余力的平衡力的平衡力平衡平衡力力為研究平衡規(guī)律為研究平衡規(guī)律進(jìn)行進(jìn)行力系簡化力系簡化用一個簡單且與之等效的力系代用一個簡單且與之等效的力系代替一個復(fù)雜力系替一個復(fù)雜力系力系簡化力系簡化若一個力與一個力系等效，則該若一個力與一個力系等效，則該力稱為此力系的合力力稱為此力系的合力力

4、系中各個力稱為分力力系中各個力稱為分力若兩力系對同一物體作用效果相若兩力系對同一物體作用效果相同，則此二力系等效同，則此二力系等效等效力系等效力系合力合力分力分力 在力系簡化的基礎(chǔ)上，以尋找出物系在在力系簡化的基礎(chǔ)上，以尋找出物系在力系作用下保持平衡的條件。力系作用下保持平衡的條件。平衡條件：使物系保持平衡時，力系所平衡條件：使物系保持平衡時，力系所應(yīng)滿足的條件。應(yīng)滿足的條件。剛體靜力學(xué)又稱為剛體靜力學(xué)又稱為矢量靜力學(xué)矢量靜力學(xué)靜力學(xué)主要研究：力系簡化、平衡條件靜力學(xué)主要研究：力系簡化、平衡條件及其應(yīng)用及其應(yīng)用第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-1 靜力學(xué)

5、基本概念靜力學(xué)基本概念力力 力是物體之間相互的機械作用，其結(jié)果是使物體的運力是物體之間相互的機械作用，其結(jié)果是使物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變動狀態(tài)發(fā)生改變(外效應(yīng)外效應(yīng))或使物體產(chǎn)生變形或使物體產(chǎn)生變形(內(nèi)效應(yīng)內(nèi)效應(yīng))。 力對物體的作用效果與力的大小、方向、作用點相力對物體的作用效果與力的大小、方向、作用點相關(guān)，其稱為力的關(guān)，其稱為力的三要素三要素。因此，。因此，力是矢量力是矢量。第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-1 靜力學(xué)基本概念靜力學(xué)基本概念第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-1 靜力學(xué)基本概念靜力學(xué)基本概念集中力集中

6、力單位單位N、kN用黑體大寫字母表示是矢量，如用黑體大寫字母表示是矢量，如F、Q、WF、Q、W只表示大小只表示大小分布力分布力用用q表示，單位表示，單位kN/m，稱為載荷集度，稱為載荷集度qqm手寫時用手寫時用FQ表示表示第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-1 靜力學(xué)基本概念靜力學(xué)基本概念公理一公理一 力的平行四邊形法則力的平行四邊形法則 作用在物體上同一點的兩個力可以合成為一作用在物體上同一點的兩個力可以合成為一個合力，合力的作用點也在該點，其大小和方向個合力，合力的作用點也在該點，其大小和方向由以這兩個力為邊的平行四邊形的對角線所確定由以這兩個力為邊的

7、平行四邊形的對角線所確定。 FR=F1+F2COSFF2FFF212221R第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-2 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理 公理一的引伸公理一的引伸共點力系共點力系力多邊形法力多邊形法力多邊形力多邊形F1F2F3F4FR第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-2 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理公理一公理一 力的平行四邊形法則力的平行四邊形法則 作用于剛體上的兩個力平衡的充分必要條件作用于剛體上的兩個力平衡的充分必要條件是：此二力大小相等，方向相反，且沿同一直線是：此二力大小相等，方向相反，且沿同一直線。對變形體來說，這

8、只是必要條件，而非充分條件對變形體來說，這只是必要條件，而非充分條件第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-2 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理公理二公理二 二力平衡條件二力平衡條件公理三公理三 加減平衡力系公理加減平衡力系公理 在已知力系上加上或減去任意的平衡力系，在已知力系上加上或減去任意的平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效果。并不改變原力系對剛體的作用效果。該公理對變形體只是必要條件，而非充分條件。該公理對變形體只是必要條件，而非充分條件。第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-2 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理推理推理1 力的可傳性原理

9、力的可傳性原理 作用于剛體上的力可沿其作用線移至剛體上的作用于剛體上的力可沿其作用線移至剛體上的任意一點，而不改變其對剛體的作用效應(yīng)任意一點，而不改變其對剛體的作用效應(yīng)。 與公理三一樣，該定理對變形體只是必要條件，而非與公理三一樣，該定理對變形體只是必要條件，而非充分條件充分條件正由于力的可傳性，正由于力的可傳性，力是滑矢力是滑矢F =F= -F匯交力系匯交力系=共點力系共點力系第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-2 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理推理推理2 三力平衡匯交定理三力平衡匯交定理 作用于剛體上三個相互平衡的力，若其中兩作用于剛體上三個相互平衡的力，若其中

10、兩個力交于一點，則第三個力必過匯交點，此三個個力交于一點，則第三個力必過匯交點，此三個力共面，它們組成的力三角形自行封閉力共面，它們組成的力三角形自行封閉。FRF3 若共點力系若共點力系(匯交力系匯交力系)的的力多邊形自行封閉力多邊形自行封閉，即它們的合力為零，則該力系平衡。即它們的合力為零，則該力系平衡。第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-2 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理公理四公理四 作用與反作用公理作用與反作用公理 兩物體間相互作用的力，總是大小相等，方兩物體間相互作用的力，總是大小相等，方向相反，沿同一直線，分別作用在兩個物體上。向相反，沿同一直線，分別作用

11、在兩個物體上。(力總是成對出現(xiàn)力總是成對出現(xiàn))作用力與反作用力常用相同字母作用力與反作用力常用相同字母F，F(xiàn) 表示。表示。第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-2 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理公理五公理五 剛化公理剛化公理 若變形體在某力系作用下處于平衡，則將該變?nèi)糇冃误w在某力系作用下處于平衡，則將該變形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)不變。形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)不變。WNN W 第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-2 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理自由體自由體非自由體非自由體限制非自由體某些方向的位移不能實限制非自由體某些方向的位移不能實現(xiàn)

12、的物體稱為該非自由體的約束現(xiàn)的物體稱為該非自由體的約束約束反力：約束反力：約束作用給被限制物體的力約束作用給被限制物體的力可事先測得的力，如推力、拉力、重力等可事先測得的力，如推力、拉力、重力等隨主動力變化而改變的力隨主動力變化而改變的力被動力：被動力：約束：約束：主動力：主動力：第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力約束反力的判斷原則：約束反力的判斷原則：1、過與被約束物體的接觸點、過與被約束物體的接觸點2、與所限制物體的運動方向相反、與所限制物體的運動方向相反常見約束及其約束反力常見約束及其約束反力一、柔索約束一、柔索約束PP

13、F1F2 柔索的約束反力過接柔索的約束反力過接觸點，沿柔索中心線方觸點，沿柔索中心線方向，背離物體而去。向，背離物體而去。結(jié)論：結(jié)論：第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力F1F2F1 1 F2 2第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力二、光滑面約束二、光滑面約束FNFNFN1FN2FN 光滑面的約束反光滑面的約束反力過接觸點，沿公力過接觸點，沿公法線方向，指向物法線方向，指向物體。體。結(jié)論：結(jié)論：第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析

14、1-3 約束和約束力約束和約束力FN1FN2FN3第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力FNFN第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力滑槽與銷釘滑槽與銷釘FNFN第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力三、

15、光滑鉸鏈約束三、光滑鉸鏈約束1、固定鉸鏈支座：、固定鉸鏈支座：約束反力沿公法線方向約束反力沿公法線方向第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力簡化符號：簡化符號：A第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力三、光滑鉸鏈約束三、光滑鉸鏈約束1、固定鉸鏈支座：、固定鉸鏈支座：2、中間鉸鏈連接、中間鉸鏈連接第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-

16、3 約束和約束力約束和約束力第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力三、光滑鉸鏈約束三、光滑鉸鏈約束1、固定鉸鏈支座：、固定鉸鏈支座：2、中間鉸鏈連接、中間鉸鏈連接CCFCyFCx簡化符號：簡化符號：第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力鉸鉸第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力鉸鉸第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力3、徑向、徑向(向心向心

17、)軸承軸承構(gòu)造如圖：構(gòu)造如圖：與固定支座類似與固定支座類似第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力A與固定支座類似與固定支座類似第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力簡化符號簡化符號(沿軸向沿軸向)：在平面內(nèi)：在平面內(nèi)：在空間：在空間：FAXFAZFN3、徑向、徑向(向心向心)軸承軸承A與固定支座類似與固定支座類似雙面約束雙面約束第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力4、止推軸承、止推軸承構(gòu)造如圖：構(gòu)造如圖

18、：簡化符號：簡化符號：在空間：在空間：FAxFAZFAY在平面內(nèi)：在平面內(nèi)：FAXFAY第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力5、球鉸鏈、球鉸鏈( (球鉸球鉸) )簡化符號：簡化符號：AFRyFRxFRz第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力四、輥軸支座四、輥軸支座簡化符號：簡化符號：單面約束單面約束(類似光滑面類似光滑面)FNFNFN第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力五、二力構(gòu)件五、二力構(gòu)件ABCF

19、BCABCFBCFFFF結(jié)論：結(jié)論：只在兩處受力平衡的物體叫只在兩處受力平衡的物體叫二力構(gòu)件二力構(gòu)件。二力構(gòu)件的約束反力必沿兩點的連線方向。二力構(gòu)件的約束反力必沿兩點的連線方向。二力構(gòu)件一般當(dāng)作約束處理。二力構(gòu)件一般當(dāng)作約束處理。第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力五、二力構(gòu)件五、二力構(gòu)件BCFFFBCF附：小鏈桿約束附：小鏈桿約束兼?zhèn)漭佪S支座與二力桿的特點，兼?zhèn)漭佪S支座與二力桿的特點，約束反力沿鉛垂方向，指向或離開物體。約束反力沿鉛垂方向，指向或離開物體。FNFN雙面約束雙面約束第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)

20、基本概念與物體受力分析1-3 約束和約束力約束和約束力剛化原理剛化原理 某力系使變形體保持平衡，若將該變某力系使變形體保持平衡，若將該變形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)不變。形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)不變。(1)確定研究對象，也叫取分離體：確定研究對象，也叫取分離體：單畫出研究對象的簡圖單畫出研究對象的簡圖(2)在分離體上畫出它所受的所有力在分離體上畫出它所受的所有力先畫出主動力，再畫出約束反力先畫出主動力，再畫出約束反力這個過程叫這個過程叫受力分析受力分析這個圖形叫這個圖形叫受力圖受力圖對物體進(jìn)行受力分析對物體進(jìn)行受力分析第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-4

21、 受力圖受力圖已知：已知：一半圓柱體重一半圓柱體重P，置放，置放在一光滑矩形槽內(nèi)，如圖所在一光滑矩形槽內(nèi)，如圖所示，示，求：求：畫出該半圓柱體的受力畫出該半圓柱體的受力圖。圖。解：解：PFNAFNBFNC例例1-1第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-4 受力圖受力圖確定確定A、B二處二處的約束力的約束力取取 隔隔 離離 體體畫受力圖畫受力圖例例1-2第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-4 受力圖受力圖已知：已知：一簡易梯子放在一簡易梯子放在光滑面上，梯子重量忽光滑面上，梯子重量忽略不計，設(shè)人重略不計，設(shè)人重P求：求：畫

22、出該梯子整體的畫出該梯子整體的受力圖，梯子的受力圖，梯子的AC與與BC各部分及鉸各部分及鉸C的受力的受力圖。圖。例例1-3第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-4 受力圖受力圖解：解：PFNAFFcyFcxCEB(帶銷帶銷)FCYFCXFNBFFCXFCYFcx1Fcy1CEB(不帶銷不帶銷)FCY1FCX1FNBFFNAFNB例例1-3第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-4 受力圖受力圖例例1-4第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-4 受力圖受力圖解：解：C例例1-4第一章第一章

23、靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-4 受力圖受力圖解：解：C例例1-4第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-4 受力圖受力圖已知已知:一簡易壓榨機如一簡易壓榨機如圖所示，圖所示，AO桿上有力桿上有力偶偶m作用，槽光滑。作用，槽光滑。求：求：畫出整體的受力畫出整體的受力圖及圖及AO桿、桿、 B銷、壓銷、壓頭頭D的受力圖。的受力圖。例例1-5第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-4 受力圖受力圖FOXFOYFCFNYFNX解：解：例例1-5第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-4 受力圖受力圖解：解： FOXFOYFCFNYFNXFABFBAFBDFBCFNXFNYFDBFDBFNXFNYFDBFDBBFBAFBCFBDFBAFBAFBCFBD例例1-5第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析1-4 受力圖受力圖已知：已知：一簡易支架如圖一簡易支架如圖所示，承受載荷所示，承受載荷P作用。作用。求：求：試畫出整體的受力試畫出整體的受力圖及圖及OB桿帶輪桿帶輪O、OB桿桿、AD桿、輪桿、輪O、小輪及、小輪及銷銷O的受力圖。的受力圖。例例1-6第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分