第1讲：绪论,静力学基础知识1

工程力学（上）,李冬霞2010.9,建筑工程学院力学教研室,速度,加速度,轨迹,运动方程,力,它属于古典力学的范畴，不适用于微观粒子的运动，也不适用于速度接近于光速的宏观物体的运动。,-刚体,理论力学是一门专业技术基础课.,任务:研究物体机械运动的一般规律,理论力学被广泛的应用于机械、土建、交通、水利、航空、材料及生物力学等各个方面。,绪论,教学目的：1.了解工程力学在国民经济各领域的作用；2.理论力学研究内容及学习要求。,教学重点：认同力学是一种文化的观点；教学难点：调动学生学习力学知识的积极性；教学内容：绪论。,一、力学的发展历史,力学是一门基础学科，它同数、理、化、天、地、生并列为七大基础学科之一。力学又属于技术学科，它根植于国民经济各个产业门类，哪里有技术难题，哪里就有力学难题。,力学是一门历史悠久的学科。,人类文明的历史就是力学发展史,土木建筑,墨经（前468382）纪录有杠杆原理等力学知识；,古希腊阿基米法（前28712）系统论述了静力学。,从公元前二世纪至公元十五世纪全世界都处于科学停滞状态。,哥自尼新天体力学的日心说否定了传统的地心说，从而将上帝赶出了其居所；借助显微镜揭示人体静动脉相通的血流微循环理论解开心脏供血之谜，否定了上帝创造人类的假设；十字军东征掠夺阿拉伯世界物质财富的同时，也带回了大量来自中国的先进的科技书籍，从而吸引了欧洲知识分子翻译、学习和研究的兴趣，同时开始了现代意义的科学研究。是一系列的因素削弱了宗教的束缚力，解放了人们的思想，进而激发了文艺复兴，力学也再次获得发展。,达芬奇、开普勒、伽利略等对力学发展贡献卓越，而牛顿是力学大厦的主要奠基人。,桥梁,海洋石油钻井平台,机械,航空,航空母舰,军事,2力学与国民经济的发展密切相关,上世纪60年代英国开发北海油田摆脱经济衰退困境，其关键是海洋石油开采平台的设计与制造，涉及海浪、岩土、结构等多个力学学科的课题。,石油勘探采用人工激振方法收集讯号分析油层，这是力学波动问题。采矿是岩石力学，三峡工程是水工力学、爆炸力学、河流动力学等。,长江三峡工程,火车提速涉及车辆动力学、非线性振动。上世纪70年代后日本汽车的优势，主要靠省油的发动机和外壳一次压力成形，后一条极大节约成本，它是塑性力学在压力加工中应用的成功，前一条有一半是靠力学燃烧过程的研究。,现代战争的一个侧面是高技术的较量，从军队快速调动、给养补充、到攻防设施都是力学课题。国防中导弹、战斗机、潜艇离不开力学原理，穿甲力学则是攻防的科学总结。,周培源说：“只要自然界存在着机械运动，以及机械运动和其他高级运动形式的相互联系，力学就永远有无止境的研究课题，就永远有无限光辉的前景。”钱学森说过，“不可能设想，不要现代力学就能实现现代化。”总之，国民经济发展离不开力学。,工科大学生不可避免的要和各种机械设备及工程项目打交道，学好力学课程是所有工科大学生共同的任务。,航空母舰,最早的蒸气机车上海浦东开发区,1999年1月4日，我国重庆市綦江县彩虹桥发生垮塌，造成40人死亡,14人受伤,直接经济损失631万元。,运动时人脚上的力量,对运动中的车轮拍照，有的部分模糊，有的部分清晰。为什么？,9.11事件,计算机硬盘驱动器,3力学的文化性与力学的责任性,现代意义的“力学”一词在中国出现不足百年。在西语里，“力学”与“机械”是同一个词，实际上，机械工业从它诞生起就一直是“力学”的技术化，而建筑工程则是美化了的结构与结构力学。,力学是一种文化。中国科学院的专家们指出，力学是迈入近代工程技术和科学的门槛，不论是什么行业的工程师，也不论是从事哪一行业的科学家，在他专业培训之前，他对力学的了解深度几乎决定了他进入专业之后的作为。更不要说在日常生活中，车辆时速、加速度、马力、刹车、摩擦、弹性、塑性、流量、比重、粘度、热效率等等概念几乎随时随处可遇，一个现代社会的成员，缺少力学文化寸步难行。,英国学者丹皮尔说等待我们去探求的未知世界变得更宽广了。“知识之球愈大，则其与未知之界面也愈大。”,二、理论力学研究内容及学习要求,力学几乎是所有工科大学生的必修课，非机类各专业由于学时限制，通常根据专业性质将理论力学、材料力学等力学课程的相关内容有机合成为一门课，称为工程力学。,理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学，适用于宏观、低速物体，属经典力学范畴，包括静力学：研究物体受力平衡条件及力系简化方法；运动学：从几何角度研究物体的运动规律；动力学：研究物体运动与所受力之间的关系。,第一章静力学基础知识,静力学研究物体的受力分析、力系的等效替换（或简化）、建立各种力系的平衡条件的科学。主要任务：,1、物体的受力分析：分析物体（包括物体系）受哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力图。,2、力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系等效代替一个复杂力系。,3、建立各种力系的平衡条件：建立各种力系的平衡条件，并应用这些条件解决静力学实际问题。,刚体：绝对不变形的物体，或物体内任意两点间的距离不改变的物体。平衡：物体相对惯性参考系静止或作匀速直线运动。,力：物体间相互的机械作用，作用效果使物体的机械运动状态发生改变。：“力，刑之所以奋也。”,第一节静力学基本概念,力对物体作用效应外效应：使物体的运动状态发生改变；内效应：使物体的形状发生改变,力的单位：牛顿（N）或千牛（kN）1kgf=9.80665N,力在平面上的投影力矢在某平面轴上的投影，等于力的模乘以力与投影轴正向夹角的余弦。X=Fcosa,力的三要素：大小、方向、作用点。力是矢量。,直接投影法(一次),力在空间的投影,间接（二次）投影法,力的分类：集中力与分布力，外力与内力。系的分类：平面汇交（共点）力系，平面平行力系，平面力偶系，平面任意力系；空间汇交（共点）力系，空间平行力系，空间力偶系，空间任意力系。平衡力系。,等效力系若用一力系代替另一力系对某刚体的作用而其效应不变，则此二力系互为等效力系。,合力与分力若用一个力代替一群力对某刚体的作用而其效应不变，则该力称为那一群力的合力。,二、力矩的概念,1、平面力对点之矩（力矩）,力矩作用面,力矩,力对物体的运动效应，包括力对物体的移动和转动效应，其中力对物体的转动效应用力矩来度量。力矩是力对物体的转动效应的度量力矩的表示力矩的矩心、力臂大小、转向、作用面正负号规定右手螺旋法则量纲单位：牛顿.米N.m或千牛.米kN.m,力对点O的矩在三个坐标轴上的投影为,2空间力对点的矩矢,3.空间力对轴的矩,力与轴相交或与轴平行（力与轴在同一平面内），力对该轴的矩为零。,三、力偶理论,1.力偶的定义,由两个等值、反向、不共线的（平行）力组成的力系称为力偶，记作,两个要素,a.大小：力与力偶臂乘积,b.方向：转动方向,力偶矩,力偶中两力所在平面称为力偶作用面。,力偶两力之间的垂直距离称为力偶臂。,2.力偶矩,3.力偶与力偶矩的性质,1）.力偶在任意坐标轴上的投影等于零。,2）.力偶对任意点取矩都等于力偶矩，不因矩心的改变而改变。,力矩的符号,力偶矩的符号M,2）.力偶对任意点取矩都等于力偶矩，不因矩心的改变而改变。,3）只要保持力偶矩不变，力偶可在其作用面内任意移转，