第一章-静力学公理和物体的受力分析.ppt

1、绪 论,2020年7月7日,绪 论,一、理论力学的研究对象和内容,理论力学,机械运动,机械运动是人们生活和生产实践中最常见的一种运动。,理论力学所研究的是机械运动中最一般、最普遍的规律，是各门力学分支的基础。,：研究物体机械运动一般规律的科学。,：物体在空间的位置随时间的改变。,平衡是机械运动的特殊情况。,本课程研究的内容是速度远小于光速的宏观物体的机械运动，它以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础，属于古典力学的范畴。,动力学：研究受力物体的运动与作用力之间的关系。,静力学：研究受力物体平衡时作用力所应满足的条件；同时也研究物体受力分析方法,以及力系简化的方法等。,本课程的内容包括以下三个部分：

2、,运动学：只从几何的角度来研究物体的运动(如轨迹、速度和加速度等)，而不研究引起物体运动的物理原因。,绪 论,二、理论力学的研究方法,从实践出发，经过抽象化、综合、归纳、建立公理，再应用数学演绎和逻辑推理而得到定理和结论，形成理论体系，然后再通过实践来验证理论的正确性。,绪 论,绪 论,理论力学的研究方法,理论体系,力学模型,力学最基本的规律,观察生活和实践,用于实际,刚体、质点、弹簧质点、弹性体等,三、学习理论力学的目的,1为解决工程问题打下一定的基础。,2为学习一系列后续课程做好准备。如材料力学、 机械原理、机械设计、结构力学、弹塑性力学、流体力 学、振动理论等等。,3培养辩证唯物主义世界

3、观，培养正确的分析问题和解决问题的能力，为今后解决生产实践问题，从事科学研究工作打下基础。,绪 论,静 力 学,引 言,静力学：,研究物体在力系作用下的平衡条件的科学。,作用在物体上的一群力。,物体相对于惯性参考系（如地面）保持静止或作匀速直线运动。,力系：,平衡：,在静力学中，我们将研究以下三个问题：,1物体的受力分析,分析物体共受几个力，以及每个力的作用位置和方向。,2力系的等效替换（或简化）,将作用在物体上的一个力系用另一个与它等效的力系来代替，这两个力系互为等效力系。,如果用一个简单力系等效地替换一个复杂力系，则称为力系的简化。,3建立各种力系的平衡条件,研究作用在物体上的各种力系所需

4、满足的平衡条件。,2020/7/7,第一章 静力学公理和物体的受力分析,第一章 静力学公理和,物体的受力分析,1-1 静力学公理,1-2 约束和约束力,1-3 物体的受力分析和受力图,1-1 静力学公理,1刚体的概念,在力的作用下，其内部任意两点之间的距离 始终保持不变的物体。,刚体：,刚体是一个理想化的力学模型。,2力的概念：,物体间相互的机械作用，这种作用使物体的机 械运动状态发生变化。,力：,实践表明，力对物体的作用效果决定于三个要素：,(1) 力的大小；（2）力的方向；（3）力的作用点。,力是矢量，我们用黑体字F 表示力矢量，而用普通字 母F 表示力的大小。,在国际单位制中，力的单位是

5、牛顿(N)或千牛顿（kN)。,1-1 静力学公理,公理1 力的平行四边形法则,公理：,是人们在生活和生产实践中长期积累的经验总结，又经过实践反复检验，被确认是符合客观实际的最普遍、最一般的规律。,作用在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。,合力矢等于这两个力矢的几何和，即,1-1 静力学公理,作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。,公理3 加减平衡力系原理,在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。,公理2 二力平衡

6、条件,1-1 静力学公理,推理1 力的可传性,作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。,=,=,证明：在刚体上的点 A 作用力F。,1-1 静力学公理,推理2 三力平衡汇交定理,作用于刚体上三个相互平衡的 力，若其中两个力的作用线汇交于 一点，则此三力必在同一平面内， 且第三个力的作用线通过汇交点。,1-1 静力学公理,公理4 作用和反作用定律,作用力和反作用力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反，沿着同一直线，分别作用在两个相互作用的物体上。,1-1 静力学公理,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 刚化为刚体，其平衡

7、状态保持不变。,由此可见，刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件，而非充分条件。,1-1 静力学公理,1-2 约束和约束力,自由体：,位移不受限制的物体。,非自由体：,位移受到限制的物体。,约束：,对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体。,约束力：,约束对被约束物体的作用力。,约束力的方向必与该约束所能够阻碍的位移方向相反。,工程中常见的约束,1具有光滑接触表面的约束,1-2 约束和约束力,1-2 约束和约束力,1-2 约束和约束力,齿 轮 啮 合 力,滑槽与销钉,1-2 约束和约束力,2由柔软的绳索、链条或胶带等构成的约束,绳索、链条或胶带只能承受拉力，所以它给物体的约束力也只可能是拉力。,

8、绳子对物体的约束力，作用在接触点，方向沿着绳索背离物体。,链条、胶带对轮子的约束力沿轮缘的切线方向。,1-2 约束和约束力,1-2 约束和约束力,1-2 约束和约束力,3光滑铰链约束,（1）向心轴承（径向轴承）,1-2 约束和约束力,（2）圆柱铰链和固定铰链支座,C处：圆柱铰链。简称铰链。,A、B 处：固定铰链支座。 简称固定铰支。,1-2 约束和约束力,1-2 约束和约束力,4其它约束,（1）滚动支座(辊轴支座）,1-2 约束和约束力,（2）球铰链,（3）止推轴承,1-2 约束和约束力,1-3 物体的受力分析和受力图,确定物体受了几个力，每个力的作用位置和力的作用方向，这种分析过程称为物体的

9、受力分析。,作用在物体上的力可分为两类：,一类是主动力，例如：重力、风力、气体压力等。,另一类是约束力，即被动力。,为了清晰地表示物体的受力情况，把需要研究的物体从周围的物体中分离出来，单独画出它的简图，这个步骤叫做取研究对象或取分离体。,把施力物体对研究对象的作用力全部画出来，这种表示物体受力的简明图形，称为受力图。,二力杆约束,两端用光滑铰链与其他物体连接，中间不受力且不计 自重的杆件，称为二力杆（二力构件）。二力杆两端所受 的两个力大小相等、方向相反，作用线沿着两铰接点的连 线。,1-3 物体的受力分析和受力图,1-3 物体的受力分析和受力图,1-3 物体的受力分析和受力图,（1）取碾子为研究对象（即取分离体），并单独画出其简图。,（2）画主动力。,（3）