静力学基本概念.ppt

1.1 静力学基本概念 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。 一.刚体 就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。 二.平衡 4.力的单位： 国际单位制：牛顿(N) 千牛顿(kN) 三、力的概念 1定义： 2. 力的效应： 运动效应(外效应) 变形效应(内效应)。 3. 力的三要素：大小，方向，作用点 AF 力是物体间的相互机械作用。 5.力系：是指作用在物体上的一群力。 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。 F1 AB C F2 F3 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 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 | 方向相反 F1 = F2 作用在同一直线上， 作用于同一个物体上。 刚体 F1 F2 公理： 说明：对刚体来说，上面的条件是充要的。 二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。 对变形体(或多体中)来说，上面的条件只是必要条件。 二力杆 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。 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2 加减平衡力系原理 推论1：力的可传性原理 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。 力的三角形法则力的三角形法则 FRFR 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。） 推论2：三力平衡汇交定理 三力 必汇交，且共面。 证 为平衡力系， 也为平衡力系。 又 二力平衡必等值、反向、共线， 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。 12 力对点之矩 一、力对点之矩的概念：（简称力矩） O F A B h 力臂 矩心 平面内力对点之矩是代数量，不仅与力的大小有关，且与矩心位置有关。 当F=0 或 h=0 时， =0。 二、力矩的性质 ： 力对点之矩不因力沿其作用线移动而改变。 互成平衡的两个力对同一点之矩的代数和为零。 单位：Nm 13 三、合力矩定理 定理定理：合力对任一点之矩，等于所有各分力对同一点之矩 的代数和。 已知：力系（F1， F2， F3， ， Fn ）可以合成为一个合 力FR 则： 14 力偶：大小相等、方向相反且作用线不重合的两个平行力 组成的力系叫力偶。 用 （F，F）表示 力偶系：作用在刚体上的一群力偶。 力偶的作用效应：使刚体转动（由两个力共同作用引起）。 移动效应移动效应-取决于力的大小、方向； 转动效应转动效应-取决于力矩的大小、方向。 力的作用效应： 平面力偶与力偶系 15 一、平面力偶矩（代数量）： F F d 力偶的作 用面 力偶臂 力偶矩：力偶矩：m=m= FdFd + 度量力偶对物体的转动效应，用符号m表示。 单位：Nm 16 性质1：力偶无合力，本身又不平衡，是一个基本力学 量。力偶只能和力偶平衡，而不能和一个力平力偶只能和力偶平衡，而不能和一个力平 衡。衡。 三、力偶的性质 二、力偶的三要素：力偶矩的大小 力偶的作用面 力偶的转动方向 17 性质性质2 2：力偶中两个力在任意坐标轴上投影之代数和为零 。 性质性质3 3：力偶中两力对任一点取矩之和恒等于力偶矩，而与 矩心的位置无关。 性质4：力偶可以在其作用面内任意移动或转动，或移到另 一平行平面，而不影响它对刚体的作用效应。 F F M F F M F F M 18 6N 6N 4m 8N 8N 3m 3N 3N 8m 24Nm 24Nm 性质5：只要保持力偶矩大小和转向不变，可以任意改变力 偶中力的大小和相应力偶臂的长短，而不改变它对 刚体的作用效应。 19 对于 n 个力偶组成的平面力偶系： 平面力偶系合成结果是一个合力偶,其力偶矩M为各力 偶矩的代数和。 四、力偶系的合成 五、力偶系的平衡 平面力偶系平衡的充要条件是: 合力偶矩等于零，即所有各力偶矩的代数和等于零。 20 例5 在一钻床上水平放置工件,