理论力学__第1章__静力学基本知识与物体的受力分析.ppt

1.1 静力学基本概念1.2 静力学基本公理1.3 约束与约束力1.4 物体的受力分析和受力图 1.1 静力学基本概念 静力学研究力系的合成（或简化）的理论以及物体在力系作用下的平衡规律。 1.力的概念 力的概念从劳动中产生，但其科学概念产生于牛顿定律。力是物体与物体之间相互的一种机械作用，这种机械作用使物体的运动状态发生变化，同时使物体产生变形。物体相互间的机械作用形式多种多样，可归纳为两类。一类是物体相互间的直接接触作用，如弹力、摩擦力、流体压力和粘性阻力等；另一类是通过场的相互作用，如万有引力、静电引力等。力不能脱离物体出现， 而且有力必定至少存在两个物体。 尽管物体间相互作用力的来源和物理本质不同，但力对物体的作用效果，称为力的作用效应，主要有两个方面：①力能使物体的运动状态发生改变，称为力的运动效应或外效应；②力能使物体产生变形，称为力的变形效应或内效应。理论力学主要研究力的外效应。 实践表明，力对物体的作用效应取决于力的大小、方向和作用点，这三者称为力的三要素。力的大小反映物体相互间机械作用的强弱程度，它可以通过力的外效应和内效应的大小来度量。在国际单位制中，力的单位以“牛顿”或“千牛顿”度量，分别以符号“N”或“kN” 表示。物体间的相互机械作用具有方向性，以力的方向表示，它包括力所顺沿的直线（称为力的作用线）在空间的方位和力沿其作用线的指向。 力的作用点是物体间相互机械作用位置的抽象化。实际上物体相互作用的位置并不是一个点，而是物体的一部分面积或体积。如果这个面积或体积相对于物体很小或由于其他原因以致力的作用面积或体积可以不计，则可将它抽象为一个点，此点称为力的作用点，而作用于这个点上的力，称为集中力；如果力的作用面积或体积不能忽略，作用在某个面积或体积上的力则称为分布力，如果力分布在某个面上，称为面分布力，例如作用在某受压面上的水压力、风压力等；如果力分布在某个体积上，称为体分布力，例如重力。 由力的三要素可知，力是矢量，可用一沿力的作用线的有向线段表示。此有向线段的起点或终点表示力的作用点，此线段的长度按一定比例尺表示力的大小，其指向表示力的方向，故力是定位矢量（如果不在图中强调力的大小，线段的长度不需严格按照比例画出）。 图1.1表示了物体在A点受到力F的作用。本书中用粗体字母表示力矢量，如F，而用普通字母表示力矢量的大小（又称为模），如F。而仅用符号F不能确定它所表示的力的作用点，这种只表示力的大小和方向，并可以从任一点画出的矢量称为力矢。 2.刚体的概念 刚体是指在运动中和受力作用后，形状和大小都不发生改变，而且内部各点之间的距离保持不变的物体。刚体是从实际物体抽象得来的一种理想的力学模型，自然界中并不存在。实际上，任何物体在力的作用下都将发生变形，变形是物体的一个重要性质。但如果物体的变形尺寸与其原始尺寸相比很小，在所研究的力学问题中，忽略这种变形后不会引起显著的误差时，就可以把这个物体抽象化为刚体，从而使所研究的问题得到简化。 当物体的微小变形在所研究的问题中转化为主要因素时，就不能再把此物体看做刚体，而必须视为变形体。 一种力学模型的建立，是人们对实际物体科学地进行抽象化的结果，它反映了实际物体在力学问题中的本质属性，这不仅是客观现实所容许的，而且也是认识过程所必要的。 由于静力学所研究的物体主要是刚体，所以静力学也称为刚体静力学。 3.平衡的概念 平衡是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线平动的状态。在一般的工程技术问题中，平衡常常都是相对于地球表面而言的。例如静止于地面上的房屋、桥梁、水坝等建筑物，在直线轨迹上作匀速直线运动的列车等，都是处于平衡状态的。平衡是物体机械运动的特殊情况。一切平衡都是相对的、有条件的和暂时的，而运动是绝对的和永恒的。 4.力系的概念 同时作用于同一物体上的一群力，称为力系。根据力系中诸力作用线的分布情况可将力系分为：诸力作用线位于同一平面内，称为平面力系；作用线不在同一平面内，称为空间力系；作用线汇交于一点，称为汇交力系；作用线相互平行，称为平行力系；作用线既不汇交于一点又不平行