工程力学课件---静力学

第一篇 静力学第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 静力学基本概念与物体受力分析 汇交力系 力偶系 平面任意力系 空间任意力系 静力学专题——桁架、摩擦、重心

引 言静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。

静力学主要研究：物体的受力分析； 力系的简化； 力系的平衡条件及其应用。

第一章

静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念静力学公理 约束与约束反力 物体的受力分析与受力图

§1–1§1–2 §1–3 §1–4

第一章 一.刚体

静力学基本概念与物体受力分析

§1-1

静力学基本概念

就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。

二.平衡是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动 的状态。

三、力的概念1.定义： 力是物体间的相互机械作用。 2. 力的效应： ①运动效应(外效应) ②变形效应(内效应)。

3. 力的三要素：大小，方向，作用点 4.力的单位： 国际单位制：牛顿(N)千牛顿(kN)

F

A

5. 力系：是指作用在物体上的一群力。 F1 6. 等效力系：两个力系的作用效果完全相同。 7. 力系的简化：用一个简单力系等效代替一个 A

C B

F3

F2

复杂力系。8. 合力：如果一个力与一个力系等效，则称这

个力为力系的合力。9. 平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，我 们称这个力系为平衡力系。

§1-2

静力学基本公理

是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实 公理：践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。

公理1

二力平衡公理

作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等 | F1 | = | F2 | F2 刚体 方向相反 F1 = –F2 作用在同一直线上， 作用于同一个物体上。

F1

说明：①对刚体来说，上面的条件是充要的。②对变形体(或多体中)来说，上面的条件只是必要条件。

③二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。

二力杆

公理2

加减平衡力系原理

在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原 力系对刚体的作用。 推论1:力的可传性原理 作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一 点，而不改变该力对刚体的效应。

因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线。

公理3

力的平行四边形法则

作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力

也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。

FR

FR

FR F1 F2

力的三角形法则

推论2:三力平衡汇交定理 刚体受三力作用而平衡，若其中两

力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，

且三力的作用 线共面。(必共面，在特殊情况下，

力在无穷远处汇交—平行力系。) [证] ∵ F1 , F2 , F3 为平衡力系，∴ FR , F3 也为平衡力系。 又∵ 二力平衡必等值、反向、共线， ∴ 三力 F , F , F 必汇交，且共面。 1 2 3

FR

公理4

作用力和反作用力定律

等值、反向、共线、异体、且同时存在。 [例] 吊灯

公理5

刚化原理

变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成

刚体(刚化为刚体),则平衡状态保持不变。

公理5告诉我们：处于平衡 状态的变形体，可用刚体静

力学的平衡理论。

一、概念

§1-3 约束与约束反力

自由体： 位移不受限制的物体叫自由体。

非自由体： 位移受限制的物体叫非自由体。

约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。 (这里，约束是名词，而不是动词的约束。)约束力：约束与非自由体接触相互产生了作用力，约束作用于 非自由体上的力叫约束力或称为约束反力。 F G FN2 ①大小常常是未知的； G FN1

约束力 特 点：

②方向总是与约束限制的物体的位移方向相反； ③作用点在物体与约束相接触的那一点。