第01章静力学公理和物体的受力分析

1、理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析一、为什么要学习理论力学？一、为什么要学习理论力学？ 二、如何学好理论力学？二、如何学好理论力学？ （1）深刻认识基本概念与基本理论）深刻认识基本概念与基本理论 （2）联系实际、勤于思考）联系实际、勤于思考 （3）多做练习题）多做练习题 三、作业三、作业 每周第一次课交作业，用活页纸，课代表负责每周第一次课交作业，用活页纸，课代表负责四、考试四、考试 （1）认真听课、做笔记）认真听课、做笔记 （2）课后及时看

2、书）课后及时看书 （3）做好课后作业）做好课后作业 理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析一、理论力学的研究对象一、理论力学的研究对象 刚体与质点的机械运动刚体与质点的机械运动机械运动：物体的空间位置随时间的改变机械运动：物体的空间位置随时间的改变二、理论力学的研究内容二、理论力学的研究内容 静力学、运动学、动力学静力学、运动学、动力学刚体：在力作用下，内部任意两点间的距离始终保持不变的物体刚体：在力作用下，内部任意两点间的距离始终保持不变的物体

3、. .质点：考虑质量，不计大小与形状的物体。质点：考虑质量，不计大小与形状的物体。静力学静力学研究物体的受力分析、力系的等效替换（或简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化）、建立各种力系的平衡条件的科学运动学运动学只从几何的角度来研究物体的运动，而不研究只从几何的角度来研究物体的运动，而不研究引起物体运动的物理原因。引起物体运动的物理原因。研究受力物体的运动和作用力之间的关系。研究受力物体的运动和作用力之间的关系。动力学动力学理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析三、理论力学的任务三、理论力学的任务

4、1. 直接解决工程技术问题直接解决工程技术问题2. 为后续课程学习提供理论基础为后续课程学习提供理论基础经验总结经验总结静力学静力学由已知力求未知力（大小、方向）由已知力求未知力（大小、方向）运动学运动学由已知运动求未知运动由已知运动求未知运动（运动方程、速度、加速度等）（运动方程、速度、加速度等）动力学动力学已知力求运动已知力求运动已知运动求力已知运动求力理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析一、力：物体间的相互作用，使物体的机械运动状态改变一

5、、力：物体间的相互作用，使物体的机械运动状态改变 引言引言 静力学基本概念静力学基本概念力系：作用于同一物体上的一组力力系：作用于同一物体上的一组力 物体受力平衡：物体相对于地面静止或匀速直线运动物体受力平衡：物体相对于地面静止或匀速直线运动 力系平衡：力系作用于某一物体上，使该物体受力平衡力系平衡：力系作用于某一物体上，使该物体受力平衡 判断以下两组力是否为力系：判断以下两组力是否为力系：力系力系非力系非力系二、力的外效应与内效应二、力的外效应与内效应 外效应：使物体的速度等机械运动状态外效应：使物体的速度等机械运动状态发生改变（运动效应）发生改变（运动效应） 内效应：使物体产生形变（变形效

6、应）内效应：使物体产生形变（变形效应） F1F2FFFFF理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析三、力与力系三、力与力系 力的三要素：大小、方向、作用点力的三要素：大小、方向、作用点 力的作用线：过力的作用点代表力的方位的直线力的作用线：过力的作用点代表力的方位的直线 平面力系：所有力的作用线在同一平面内的力系平面力系：所有力的作用线在同一平面内的力系 平面汇交力系：平面内所有力的作用线汇交于同一点平面汇交力系：平面内所有力的作用线汇交于同一点 平行力系：所有力的作用线相互平行平行力系：所有力的作用线相互平行 平面任意力系：力系中各力的作

7、用线都在同一平面内，既平面任意力系：力系中各力的作用线都在同一平面内，既不汇交于一点，又不全部平行不汇交于一点，又不全部平行 等效力系：对同一物体作用外效应相同等效力系：对同一物体作用外效应相同 力的示意图：力的示意图： F例例1：10N20N15N25N10N20N20N10N?理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析 1-1 静力学公理静力学公理 一、二力平衡公理：刚体上两平衡力等值、共线、反向一、二力平衡公理：刚体上两平衡力等值、共线、反向 二、加减平衡力系公理：作用于刚体的任意力系上加上或二、加减平衡力系公理：作用于刚体的任意力系上

8、加上或减去任一平衡力系，对刚体的作用效应不变减去任一平衡力系，对刚体的作用效应不变 推理推理1（力的可传性原理）（力的可传性原理） ABFABFABFFF说明：此推理适用于刚体或质点（拉紧的绳子视为刚体）说明：此推理适用于刚体或质点（拉紧的绳子视为刚体） 三、力的平行四边形法则三、力的平行四边形法则 1、平行四边形法则、平行四边形法则 OF1F2FROxyFFxFy常用：常用： cos FFx sin FFy理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析2、三角形法则、三角形法则 OF1F2FR3、多边形法则、多边形法则OF1F2F3F4FR推理

9、推理2（三力汇交原理）当刚体受三个力作用而平衡时，（三力汇交原理）当刚体受三个力作用而平衡时，若其中任何两个力的作用线相交于一点，则其余一力的作若其中任何两个力的作用线相交于一点，则其余一力的作用线也通过该点，且三个力处于同一平面。用线也通过该点，且三个力处于同一平面。 条件：刚体在三力作用下平衡且二力相交条件：刚体在三力作用下平衡且二力相交 结论：三力汇交于一点，且共面结论：三力汇交于一点，且共面 F1F2F3四、作用与反作用定律：两物体间相互作用四、作用与反作用定律：两物体间相互作用的力大小相等、共线、反向，分别作用在两的力大小相等、共线、反向，分别作用在两个物体上个物体上 FCFC理论力

10、学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析五、刚化公理五、刚化公理 变形体在受力平衡状态下，可将该物体视为刚体。例变形体在受力平衡状态下，可将该物体视为刚体。例如拉紧的绳子。如拉紧的绳子。 1-2 约束与约束力约束与约束力 一、基本概念一、基本概念 自由体：可以在空间任意运动的物体。自由体：可以在空间任意运动的物体。 非自由体：受到周围的阻碍而不能任意运动的物体。非自由体：受到周围的阻碍而不能任意运动的物体。 约束：物体受到周围物体的限制，这种周围物体称为约束。约束：物体受到周围物体的限制，这种周围物体称为约束。 约束反力：周围物体对被约束物体的力

11、的作用。约束反力：周围物体对被约束物体的力的作用。 二、约束反力的方向二、约束反力的方向 约束反力总是作用在被约束物体与约束物体的接触处，约束反力总是作用在被约束物体与约束物体的接触处，其方向总是与约束所能限制的运动或运动趋势方向相反。其方向总是与约束所能限制的运动或运动趋势方向相反。理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析三、约束类型及其约束反力三、约束类型及其约束反力 1. 柔性体约束：限制绳索伸长方向的运动。柔性体约束：限制绳索伸长方向的运动。 FT2. 光滑面约束：反力过接触点垂直于接触光滑面约束：反力过接触点垂直于接触面指向被约束

12、物体。面指向被约束物体。 FNABCFAFBFCFNFAFB3. 固定铰链支座（定铰）：固定铰链支座（定铰）： FxFyAB如：如：4. 活动铰链支座（动铰）：活动铰链支座（动铰）： AB如：如：FN5. 中间铰：中间铰：OABCDEMEMFxFyFxFy理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析6. 固定端固定端 ABFAxFAyMA7. 二力杆：杆件两端铰支，杆件中部不受力二力杆：杆件两端铰支，杆件中部不受力 二力杆受力方向沿两个铰支点的连线方向二力杆受力方向沿两个铰支点的连线方向附注附注:1. 向心轴承向心轴承FxFy3. 止推轴承止推

13、轴承4. 各种约束类型空间问题延伸各种约束类型空间问题延伸2. 球铰球铰理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析 1-3 受力分析与受力图受力分析与受力图 一、解除约束原理一、解除约束原理 当受约束的物体在某些力的作用下处于平衡，若将其当受约束的物体在某些力的作用下处于平衡，若将其部分或全部的约束除去，代之以相应的约束力，则刚体的部分或全部的约束除去，代之以相应的约束力，则刚体的平衡不受影响。平衡不受影响。 二、分离体与受力图二、分离体与受力图 1. 分离体：解除所有约束后的自由物体。分离体：解除所有约束后的自由物体。 2. 受力图：在分离

14、体上画出全部主动力与约束反力。受力图：在分离体上画出全部主动力与约束反力。 三、画受力图步骤三、画受力图步骤外力与内力外力与内力 1. 画出分离体简图画出分离体简图 2. 主动力主动力 3. 约束反力（被动力）约束反力（被动力） 理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析例例2：画出下图：画出下图AC杆的受力图杆的受力图ABCDADCFAxFAyFBD(沿沿BD杆长方向杆长方向)例例3. 画出梁画出梁AB的受力图的受力图ABCF(a)ABCFFAxFAyFB(b)或或FAFBF(c)作业：作业：1-1、1-2(a)(c)(d)(e)(g)(k

15、)理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析第一章补充练习与知识点第一章补充练习与知识点一、曲柄连杆机构一、曲柄连杆机构ABFAFBxFAxFAyFNBOABFAFBxFFAyFOAFOxFOyFAx二、画出下列指定物体的受力图二、画出下列指定物体的受力图1、FABCACFACCFBFBxFBy2、理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析3、ABCFBCFBCFBCFAxFAyFBCFAC4、ABCFABCFFAxFAyFB5、ABCFFAxFAyFBCFAC理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析作业题讲解作业题讲解1-1. 画出下列各图中物体画出下列各图中物体A、ABC或构件或构件AB、AC的受力的受力图。未画重力的各物体的自重不计，所有接触处均为光滑图。未画重力的各物体的自重不计，所有接触处均为光滑接触。接触。理论力学理论力学绪论、第一章绪论、第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析理论力学理论力学绪