2力力矩力偶建筑力学-课件制作志远教育教材服务与征订电话010-8247707.ppt

2.1力的性质2.2力矩2.3力偶课件制作：志远教育教材服务与征订电话：0102.1力的性质力是物体之间相互的机械作用，因此，力不能离开物体而存在，它总是成对地出现。物体在力的作用下，可能产生如下效应：一是使物体的运动状态发生变化(称之为外效应)；二是使物体发生变形(称之为内效应)。当我们研究第一种效应时，考虑作用在物体上的力之简化与平衡问题，我们将假想地把物体视之为刚体(物体在力的作用下不变形，或变形很微小，可忽略不计)，这样，既简化了所研究的问题，又不影响研究的结果。力常用的国际单位为N或kN。下面将阐明力的基本性质。力对物体的效应由力的大小、方向和作用点三要素所决定。因此，力是一个矢量，常常用黑体字表示，如F。当作图表示时，用线段的长度(按所定的比例尺)表示矢量的大小，用箭头表示矢量的指向，用箭尾或箭头表示该力的作用点。也常用普通字母(如F)表示力的大小。当力作用在刚体上时，只要不改变力的大小与方向，则力的作用点在其作用线上移动，并不改变该力对物体的外效应，这称之为力的可传性。如一人推车或拉车，对物体机械运动的效应是相等的(或称等效)，如图2-1所示。2.1.1性质一：力的三要必须说明，力的可传性只对刚体而言，而并不适用于变形体。如一杆件两端受一对大小相等、方向相反、离开端截面的力F1、F2的作用[见图2-2(a)]，对杆件将产生伸长变形。如果利用力的可传性，将F1沿作用线移至B端，同样将F2移至A端[见图2-2(b)]，那么，将使杆件产生缩短变形。这就改变了原来的变形效应。所以，只有当我们研究刚体的运动效应时，才可使用力的可传性，或者说，它只限于研究刚体力学问题。力是物体间的相互机械作用，因此，力总是成对出现的，有作用力必有反作用力。而作用力与反作用力是一对大小相等、方向相反，作用线相同，分别作用在两个不同物体上的力。这就是作用力与反作用力公理。注意，作用力与反作用力这一对力并不在同一物体上出现。如图2-3(a)所示，一厂房建筑物坐立在基础桩上。图2-3(b)中，假设建筑物对每根桩的作用力为F1，那么，基础桩将以F′1的反作用力作用在建筑物上。对于作用力F1来说，建筑物是施力体，基础桩为受力体，而对反作用力F′1来说，基础桩就是施力体，建筑物变为受力体。如果将建筑物与基础桩作为整体考虑[见图2-3(a)]，那么，整体通过基础桩对地基土壤所施的压力是F2(图中未画出)，地基土壤以反作用力F′2作用在基础桩上；在该整体的重心C处作用有重力W，这是地球对建筑物整体的作用力，同时建筑物整体给地球一个反作用力W′(图中未画出)。请读者自行分析这两对作用力与反作用力中，哪个为施力体？哪个为受力体？2.1.2性质二：作用力与反作用力公理利用力的平行四边形公理，可完成力的合成与力的分解。1.力的合成作用在物体上某一点的力是个矢量，力对物体的效应由力的三要素决定。因此，当有两个力作用在物体上某一点时，该两力对物体作用的效应可用一个合力来代替。这个合力也作用在该点上，合力的大小与方向用这两力为边的平行四边形的对角线来确定。这个规律称为力的平行四边形公理。例如，已知有F1，F2两力作用在某一物体上的A点，两力的夹角为α。则过A点按比例画F1，F2，以F1，F2为边作平行四边形ABCD，如图2-4(a)所示，那么，对角线AC线段的长度就是合力的数值，其方向也即为合力R的方向。2.1.3性质三：力的平行四边形公理以上述力平行四边形作图法为基础，可进一步简化：对于求两个交于一点的力的合力R时，可不必画平行四边形ABCD，而只画其中的ABC或ADC即可。如图2-4(b)所示，取任一点a，作线段ab平行于力F1的作用线AB，线段的长度按所定比例截取，然后在b点作bc平行于F2，并也按比例截取长度于c，连接a、c两点，线段ac即代表合力R。这样作出的三角形称为力三角形。这个作图法，称为力三角形法则。画力三角形时，要注意“首尾相接”次序规则：以a为起点，两力F1、F2首尾相接于b点，终点为c，而合力R则是从起点a指向终点c的。其次，要注意合力R的作用点不是在a，而仍是两力F1、F2的交点A。上述按比例作图，在图上画取合力的大小与方位的方法，称之为图解法。合力的大小与方位也可利用力平行四边形的几何关系而解得，凡用数学演算来求解问题的方法，称之为数解法。由图2-4(b)可见F1、F2、R三者的几何关系：余弦定理R2＝F1(2)＋F2＋2F1F2cos(180°－α)得合力正弦定理关系式由式(2-1)、式(2-2)可得合力R的数值与方向(α1或α2)。2.力的分解