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工程力学基础02.pdf

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———————————————— 工程力学 ————————————————— 第二章 刚体静力学基本概念与理论 静力学是研究力学问题的基础。 刚体静力学研究的是刚体在力系作用下的平衡问题。 刚体静力学的研究对象是刚体。 所谓刚体,是形状和大小不变,且内部各点的相对位置也不改变的物体。绝对刚体实 际上是不存在的。在力的作用下,任何物体都会发生变形,只是变形量的大小不同而已。 因此,刚体只是一种理想化模型。对于变形很小的固体,在暂时不研究物体变形的时候, 这一简化模型为作用于物体上力系的研究提供了很大的方便。 刚体静力学的研究内容,是作用于物体(刚体)或物体系统之力的分析和力系的平衡问 题。 所谓平衡,是指物体相对于地面保持静止或作匀速直线运动的状态。此时,加速度矢 量a=0。由牛顿第二定律可知,若物体处于平衡状态,则作用在物体上的一群力(称为力 系),必须满足一定的条件,即力系的合力F =0。 R 作用于物体上的力系使物体处于平衡所应当满足的条件,称为力系(或物体)的平衡 条件。 在刚体静力学中,所研究的对象(物体或物体系统)被抽象为刚体,故暂不考虑物体 的变形;所讨论的状态是平衡状态,所以也不考虑物体运动状态的改变。 因此,刚体静力学研究的基本问题是作用于刚体之力系的平衡问题,包括: (1)受力分析—分析作用在物体上的各种力,弄清被研究对象的受力情况。 (2)平衡条件—建立物体处于平衡状态时,作用在其上的力系所应满足的条件。 (3)利用平衡条件解决工程中的各种问题。 本章讨论刚体静力学的基本概念和基本理论,即研究上述前二个问题。如何利用静力 平衡条件解决工程实际问题,则在下一章讨论。 13 ———————————————— 工程力学 ————————————————— § 2.1 力 力是物体间的相互作用,这种作用使物体的运动状态发生变化或使物体发生变形。 力对物体的作用有二种效应,一是有使物体的运动状态发生改变的趋势,称为外效 应;二是有使物体发生变形的趋势,称为内效应。 力是看不见也不可直接度量的,可以直接观察或度量的是力的作用效果。 2 2 使1千克(kg )质量的物体产生1米/秒 (m/s )加速度的力,在国际单位制中就定义 为1牛顿(N )。力的常用单位为N或kN 。 力是矢量。力不仅有大小,还有方向。力对物体的作用效果,取决于力的大小、方向 和作用点,称为力的三要素。对刚体而言,因为力可沿其作用线滑移而不改变对刚体的作 用效果,故力的三要素为力的大小、方向和作用线。因此,对于刚体而言,力是滑移矢。 因为力是物体间的相互作用,所以一物体对另一物体有力作用的同时,也必然受到该 物体的反作用力作用。所以,力(作用力和反作用力)是成对出现的,作用在不同的物体 上。牛顿第三定律指出,两物体间相互作用的力,总是大小相等、方向相反、沿同一直 线,分别作用在两个物体上的。 若干个共点力,可以合成为一个合力。且力的合成满足矢量加法规则。 2.1.1 力的合成 ( 几何法 ) 力矢量可以用平行四边形法则进行合成和分解,如图2.1(a)所示。作用在刚体上的二 个力F 、F ,只要其作用线不平行,由于力可以沿其作用线滑移,总可以移至其作用线 1 2 的交点O,合力FR 即可用矢量和表示为: F =F +F R 1 2 合力F 与其分力F 、F 对于刚体有着相同的作用效应。 R 1 2 图2.1(a) 之力的平行四边形,可以简化为三角形。如图2.1(b)所示,将二分力首尾相 接,则与分力首尾相对的第三边即为所求之合力FR 。这样得到的三角形,称为力三角形。 14 ———————————————— 工程力学 —————————————————

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