第一章 静力学的基本概念和物体的受力分析

发布日期:[08-12-05 15:40:04] 浏览人次:[]

静力学

第一章 静力学的基本概念和物体的受力分析

静力学的基本概念、公理及物体的受力分析是研究静力学的基础。本章将介绍力系的概念与静力学公理,并阐述工程中几种常见的典型约束和约束力的分析,最后介绍物体受力分析的基本方法及受力图,它是解决力学问题的重要环节,必须予以充分重视。

第一节 静力学基本概念

一、力系的概念
静力学是研究刚体在力系作用下的平衡规律,同时也研究力的一般性质及其合成法则。
刚体是静力学的研究对象,是人们将各种各样的实际物体抽象化为便于计算的理想模型。力是物体间的相互作用,作用在同一物体上的一群力,称为力系
力系按作用线分布情况的不同可分为下列几种:当所有力的作用线在同一平面内时,称为平面力系;否则称为空间力系。当所有力的作用线汇交于同一点时,称为汇交力系;而所有力的作用线都相互平行时,称为平行力系;否则称为一般力系

二、平衡的概念

平衡是指物体相对于惯性参考系(如地面)保持静止或匀速直线运动状态。如桥梁、机床的床身、作匀速直线飞行的飞机等等,都处于平衡状态。平衡是物体运动的一种特殊形式。

三、平衡力系的概念
若力系中各力对于物体的作用效应彼此抵消而使物体保持平衡或运动状态不变时,则这种力系称为平衡力系。平衡力系中的任一力对于其余的力来说都称为平衡力,即与其余的力相平衡的力。

四、等效力系的概念

若两力系分别作用于同一物体而效应相同时,则这两力系称为等效力系。若力系与一力等效,则此力就称为该力系的合力,而力系中的各力,则称为此合力的分力

五、力系简化的概念
为了便于寻求各种力系对于物体作用的总效应和力系的平衡条件,需要将力系进行简化,使其变换为另一个与其作用效应相同的简单力系。这种等效简化力系的方法称为力系的简化
研究力系等效并不限于分析静力学问题。例如:飞行中的飞机,受到升力、牵引力、重力、空气阻力等作用,这群力错综复杂地分布在飞机的各部分,每个力都影响飞机的运动。要想确定飞机的运动规律,必须了解这群力总的作用效果,为此,可以用一个简单的等效力系来代替这群复杂的力,然后再进行运动的分析。所以研究力系的简化不仅是为了导出力系的平衡条件,同时也是为动力学提供基础。所以,在静力学中,我们将研究以下三个问题:

1.物体的受力分析
分析某个物体共受几个力,以及每个力的作用位置和方向。
2.力系的简化
研究如何把一个复杂的力系简化为一个简单的力系。
3.建立各种力系的平衡条件
研究物体平衡时,作用在物体上的各种力系所需满足的条件。
力系的平衡条件在工程中有着十分重要的意义,是设计结构、构件和机械零件时静力计算的基础。
因此,静力学在工程中有着最广泛的应用。

第二节 静力学基本公理

公理是人类经过长期的观察和经验积累而得到的结论,它可以在实践中得到验证而为大家所公认。静力学公理是人们关于力的基本性质的概括和总结,它们是静力学全部理论的基础。

公理一 二力平衡公理
作用于刚体上的两力,使刚体保持平衡的充要条件是:该两力的大小相等、方向相反且作用于同一直线上。
公理一说明了作用于物体上最简单的力系平衡时所必须满足的条件。对于刚体来说,这个条件是充分与必要的。图1-1表示了满足公理一的两种情况。这个公理是今后推证平衡条件的基础,工程上常遇到只受两个力作用而平衡的构件,称为二力构件二力杆。根据公理一,该两力必沿作用点的连线。

二力平衡公理示意图

图1-1


公理二 力的平行四边形法则
作用于物体某一点的两个力的合力,亦作用于同一点上,其大小及方向可由这两个力所构成的平行四边形的对角线来表示。

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