力的基本性質(zhì)

力的基本性質(zhì)第1頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月同時(shí)作用在物體或物體系統(tǒng)上的一群力力系。力學(xué)分析中，在不改變力系對(duì)物體作用效果的前提下，用一個(gè)簡(jiǎn)單的力系來(lái)代替復(fù)雜的力系，就稱為力系的合成（力系的簡(jiǎn)化）。對(duì)物體作用效果相同的力系稱為等效力系。物體在力系作用下，相對(duì)于地球靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)，稱為平衡。作用于物體上的力使物體處于平衡狀態(tài)，則稱該力系為平衡力系。

引言引言第2頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章

力的基本性質(zhì)

與物體的受力分析

第3頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)基本概念一、剛體的概念

在外力作用下，幾何形狀、尺寸的變化可忽略不計(jì)的物體。力是物體之間相互的機(jī)械作用，這種作用使物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，或使物體產(chǎn)生變形。二、力的概念

力使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的效應(yīng)稱為外效應(yīng)，而使物體發(fā)生變形的效應(yīng)稱為內(nèi)效應(yīng)。剛體只考慮外效應(yīng)；變形固體還要研究?jī)?nèi)效應(yīng)。

力的基本性質(zhì)第4頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）力的方向包含力的方位和指向兩方面的涵義。（3）力的作用點(diǎn)是指物體上承受力的部位。力的三要素（1）力的大小是物體相互作用的強(qiáng)弱程度。在國(guó)際單位制中，力的單位為牛頓（N）或千牛頓（kN）。1kN=103力對(duì)物體的作用效果取決于力的三要素：力的作用位置實(shí)際上有一定的范圍，當(dāng)作用范圍與物體相比很小時(shí)，可以近似地看作是一個(gè)點(diǎn)。

AF力的基本性質(zhì)第5頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AF20kN100力是矢量。可以用一帶箭頭的線段來(lái)表示。

力的基本性質(zhì)第6頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合力，合力的作用點(diǎn)也在該點(diǎn)，合力的大小和方向，由這兩個(gè)力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線確定。

即作用于物體上同一點(diǎn)兩個(gè)力的合力等于這兩個(gè)力的矢量合。公理1力的平行四邊形法則FR

F1AF2第二節(jié)靜力學(xué)公理

以FR表示力F1和力F2的合力，則可以表示為FR=F1+F2力的基本性質(zhì)第7頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月yxFFyFx其中為力F與x軸之間的夾角。力的基本性質(zhì)第8頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月公理2二力平衡公理ABF1F2ABF1F2作用在同一剛體上的兩個(gè)力，使剛體處于平衡的必要和充分條件是：這兩個(gè)力大小相等，方向相反，且在同一直線上。

力的基本性質(zhì)第9頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月說(shuō)明：對(duì)剛體來(lái)說(shuō)，上面的條件是充要的。對(duì)變形體來(lái)說(shuō)，上面的條件只是必要條件。F1BABAF1F2F2二力構(gòu)件：只受兩個(gè)力平衡的構(gòu)件。力的基本性質(zhì)第10頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在已知力系上加上或減去任意的平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效果。公理3加減平衡力系公理推論1力的可傳性原理

作用在剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線移動(dòng)到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，而不改變?cè)摿?duì)剛體的作用。BAFBABAF1F2F1F

由此可知，作用于剛體上的力是滑移矢量，因此作用于剛體上力的三要素為大小、方向和作用線。力的基本性質(zhì)第11頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月作用于同一剛體上共面不平行的三個(gè)力如平衡時(shí)，則這三個(gè)力的作用線必匯交于一點(diǎn)推論2三力平衡匯交定理思考：物體受匯交于一點(diǎn)的三個(gè)力作用而處于平衡，此三力是否一定共面？為什么？F1F3R1F2A=A3F1F2F3A3AA2A1力的基本性質(zhì)第12頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月公理4作用力與反作用力公理WAAWBWAWBFFNF’N兩物體間的作用力與反作用力，總是大小相等、方向相反，沿同一直線并分別作用于兩個(gè)物體上。力的基本性質(zhì)AB第13頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.說(shuō)明下列式子的意義和區(qū)別。（1）F1＝

F2

和F1＝

F2；（2）FR

＝F1＋F2

和FR＝

F1＋F22.作用于剛體上大小相等、方向相同的兩個(gè)力對(duì)剛體的作用是否等效？思考題

3.物體受匯交于一點(diǎn)的三個(gè)力作用而處于平衡，此三力是否一定共面？為什么？力的基本性質(zhì)第14頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第三節(jié)工程中常見(jiàn)的約束與約束反力

自由體：在空間中運(yùn)動(dòng)，位移不受限制的物體，如飛機(jī)、火箭等；

非自由體：在空間中運(yùn)動(dòng)，位移受到限制的物體。如梁、柱等。一、約束與約束反力的概念約束與約束反力第15頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月約束：對(duì)非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體稱為約束體，簡(jiǎn)稱約束。約束反力：阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力稱為約束反力，簡(jiǎn)稱反力。約束反力的特點(diǎn)：

約束反力的方向總是與約束所能阻礙的物體的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，它的作用點(diǎn)就在約束與被約束的物體的接觸點(diǎn)，大小可以通過(guò)計(jì)算求得。約束與約束反力第16頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月物體受到的力一般可以分為兩類：主動(dòng)力——是使物體運(yùn)動(dòng)或使物體有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力。如重力、水壓力、土壓力、風(fēng)壓力等。在工程中通常稱主動(dòng)力為荷載。被動(dòng)力——是約束對(duì)于物體的約束反力。約束與約束反力第17頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月柔軟的繩索、鏈條、皮帶等用于阻礙物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，都稱為柔體約束。

主要作用：只限制物體沿著柔體約束中心線離開柔體約束的運(yùn)動(dòng)，而不能限制物體其他方向的運(yùn)動(dòng)。

約束反力方向：通過(guò)接觸點(diǎn)，沿著柔體約束中心線且為拉力，用FT表示。1.柔體約束

二、幾種常見(jiàn)的約束及其反力FTWWOO約束與約束反力第18頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.光滑接觸面約束物體與其它物體接觸，當(dāng)接觸面光滑，摩擦力很小可以忽略不計(jì)時(shí)，就是光滑接觸面約束

主要作用：只限制物體垂直接觸面指向約束的運(yùn)動(dòng)，而不能限制物體沿著接觸面公切線離開約束的運(yùn)動(dòng)。

約束反力方向：通過(guò)接觸點(diǎn)，沿著接觸點(diǎn)的公法線方向指向被約束物體,用FN表示。WAFNAo約束與約束反力WAo第19頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.圓柱鉸鏈約束

圓柱鉸鏈簡(jiǎn)稱鉸鏈，是由一個(gè)圓柱形銷釘插入兩個(gè)物體的圓孔中構(gòu)成，并且認(rèn)為銷釘和圓孔的表面都是光滑的.

主要作用：銷釘只能限制物體在垂直于銷釘軸線平面內(nèi)任意方向的相對(duì)移動(dòng)，而不能限制物體繞銷釘?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng).

約束反力方向：沿接觸面某點(diǎn)公法線過(guò)鉸鏈的中心，但約束反力方向不能確定。為計(jì)算方便，鉸鏈約束的約束反力常用過(guò)鉸鏈中心兩個(gè)大小未知的正交分力FCx、FCy來(lái)表示。約束與約束反力第20頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.鏈桿約束

兩端以鉸鏈與其它物體連接中間不受力且不計(jì)自重的剛性直桿稱鏈桿.FNCFNBBACBC主要作用：只限制物體沿著鏈桿中心線的運(yùn)動(dòng)或離開鏈桿的運(yùn)動(dòng)，而不能限制其他方向的運(yùn)動(dòng)。

約束反力方向：沿著鏈桿中心線，指向未定，或?yàn)槔?，或?yàn)閴毫Γ肍N表示。約束與約束反力第21頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、支座及支座反力

工程中將結(jié)構(gòu)或構(gòu)件支承在基礎(chǔ)或另一靜止構(gòu)件上的裝置稱為支座。支座就是約束。支座對(duì)它所支承的構(gòu)件的約束反力，也稱支座反力。約束與約束反力第22頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.固定鉸支座

支座特點(diǎn)：允許結(jié)構(gòu)繞A轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能移動(dòng)。

約束反力：通過(guò)鉸A的中心，但指向和大小均未知。用圓柱鉸鏈把結(jié)構(gòu)或構(gòu)件與支座底板連接，并將底板固定在支承物上構(gòu)成的支座稱為固定鉸支座。約束與約束反力第23頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.可動(dòng)鉸支座在固定鉸支座下面加幾個(gè)輥軸支承于平面上，就構(gòu)成可動(dòng)鉸支座。

支座特點(diǎn)：限制了桿件的豎向位移，但允許結(jié)構(gòu)繞鉸作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并可沿支座平面方向移動(dòng)。

約束反力：作用點(diǎn)確定，即通過(guò)鉸中心并與支承平面相垂直，但指向未知。約束與約束反力第24頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.固定端支座把構(gòu)件和支承物完全連接為一整體，構(gòu)件在固定端既不能沿任意方向移動(dòng)，也不能轉(zhuǎn)動(dòng)的支座稱為固定端支座。

支座特點(diǎn)：既限制構(gòu)件的移動(dòng)，又限制構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，限制了桿件的豎向位移，但允許結(jié)構(gòu)繞鉸作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并可沿支座平面方向移動(dòng)。

約束反力：包括水平力、豎向力和一個(gè)阻止轉(zhuǎn)動(dòng)的力偶。約束與約束反力第25頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月約束與約束反力第26頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)物體的受力分析與受力圖

物體受力分析包含兩個(gè)步驟：取脫離體，畫受力圖。2．畫受力圖：用相應(yīng)的約束力代替解除的約束，畫出其簡(jiǎn)圖受力圖。

受力圖是畫出脫離體上所受的全部力，即主動(dòng)力與約束力的作用點(diǎn)、作用線及其作用方向。1．取脫離體：是把所要研究的物體解除約束，即解除研究對(duì)象與其它部分的聯(lián)系；物體的受力分析第27頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月受力分析步驟：1．取研究對(duì)象；畫脫離體圖；2．在脫離體上畫所有主動(dòng)力；3．在脫離體上解除約束處按約束性質(zhì)畫出全部約束力，假設(shè)一個(gè)正方向。物體的受力分析第28頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月FNAFTAO例1-1重量為W的圓球，用繩索掛于光滑墻上，如圖示，試畫出圓球的受力圖。WoBAW解（1）取圓球?yàn)檠芯繉?duì)象。（2）畫主動(dòng)力。（3）畫約束反力。物體的受力分析第29頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

例1-2梁AB上作用有已知力F，梁的自重不計(jì)，A端為固定鉸支座，B端為可動(dòng)鉸支座，如圖所示，試畫出梁AB的受力圖。

物體的受力分析第30頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三力平衡必匯交于一點(diǎn)A點(diǎn)為固定鉸約束A點(diǎn)約束反力FRA必通過(guò)FRB與FP的連線的交點(diǎn)B點(diǎn)為可動(dòng)鉸約束，約束反力方向?yàn)橐阎矬w的受力分析第31頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于