工程力学第2版教学课件作者张秉荣主编第一章第一节

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1、第一章静力学基础下一页上一页第一节力的概念第二节力对点之矩第三节力偶的概念及其运算法则第四节力的平移定理第五节约束与约束力第六节受力图小结返回目录第一章静力学基础下一页上一页静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的一门科学。力系是指作用于同一物体上的一组力。物体处于平衡状态时，作用于该物体上的力系称为平衡力系。返回首页下一页上一页静力学研究的主要内容之一就是建立力系的平衡条件，并借此对物体进行受力分析。静力学建立力系平衡条件得主要方法是力系的简化，所谓力系的简化就是用简单的力系代替复杂的力系，当然，这种代替必须在两力系对物体的作用效应完全相同的条件下进行

2、。对同一物体作用效应相同的两力系，彼此称为等效力系。若一个力与一个力系等效，则此力称为该力系的合力。返回首页下一页上一页综上所述，静力学将研究的主要问题是：1）力系的简化。2）建立物体在各种力系作用下的平衡条件。本章则主要介绍力的基本概念及其运算及其物体受力图的绘制。返回首页第一节力的概念一、力的概念力的概念产生于人类从事的生产劳动之中。当人们用手握、拉、掷及举起物体时，由于肌肉紧张而感受到力的作用，这种作用广泛存在于人与物及物与物之间。例如，奔腾的水流能推动水轮机旋转，锤子的敲打会使绕红的铁块变形等等。可见，力作用于物体将产生两种效果：一种是使物体机

3、械运动状态发生变化，称为力的外效应；另一种是使物体产生变形，称为力的内效应。返回首页下一页上一页返回目录综上所述，在静力学的范畴内，力可定义为：力是物体间的相互作用，这种作将引起物体的机械运动状态发生变化。返回首页下一页上一页1．力的三要素返回首页下一页上一页F实践证明，力对物体的作用效应，是由力的大小、方向和作用点的位置所决定的，这三个因素称为力的三要素。例如，用扳手拧螺母时，作用在扳手上的力，因大小不同，或方向不同，或作用点不同，它们产生的效果就不一样。2．力的单位返回首页下一页上一页本书采用我国法定计量单位，力的单位用N（牛［顿］）或kN（千牛［

4、顿］）。3．力的矢量表示与力的投影力是矢量常用一个带箭头的线段来表示，线段的长度按一定比例代表力的大小，线段的方位和箭头表示力的方向，其起点或终点表示力的作用位置。该线段的延伸称为力的作用线。用加粗体字母（如F）代表力矢，而并以明体字母F表示力的大小。AF50N力的作用线F=200N返回首页下一页上一页BAF若已知F的大小及其与x轴所夹的锐角，则有FxFyA'B'xyA''B''BOFx=±FcosFy=±Fsin力F在直角坐标轴上的投影定义为：过F两端向坐标轴引垂线得垂足A'、B'和A''、B''。线段A'B'、A''B''分别为F在x和y

5、轴上投影的大小。投影的正负号规定为：从A'到B'（或A''到B''）的指向与坐标轴的正向相同为正，相反为负。F在x、y轴上的投影分别记作Fx与Fy。返回首页下一页上一页（1-１）AFFxFyA'B'xyA''B''BO（1-2）力的矢量表达式即为F=Fxi+FyjF1F2返回首页下一页上一页Fx=±FcosFy=±Fsin（1-１）其中，取0≤≤/2，代表力F与x轴的夹角，具体力的指向可通过投影的正负值来判定，如图所示。（1-3）F1FF2FxFyA'B'xyA''B''ABOOFxyFFFFx>0Fy>0Fx<0Fy>0Fx>0

6、Fy<0Fx<0Fy<0返回首页下一页上一页若已知Fx、Fy，则可求出F的大小及方向，即二、力的性质性质1（两力平衡公理）作用于同一刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要与充分条件是：此两力必须等值、反向、共线。两力平衡公理是刚体受最简单的力系作用时的平衡条件，如一物体仅受两力作用而平衡，则两力的作用线必定沿此两力作用点的连线，这类构件常被称为两力构件。返回首页下一页上一页AFABBFBAABCDGABFABFBA性质2（加减平衡力系原理）在已知力系上，加上或减去任一的平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。推论（力的可传性原理）作用于刚体上的力，

7、可沿其作用线滑移到任何位置而不改变此力对刚体的作用效应。返回首页下一页上一页ABF2F推论证明AFABF1设力F作用于刚体上A点。在力F的作用线上任选一点B，并在B点加一组沿AB的平衡力F1和F2，且使F2＝F＝－F1。F2F1F除去F与F1所组成的一对平衡力，刚体上只剩F2，显然F2＝F。返回首页下一页上一页返回首页下一页上一页力的可传性原理说明，力是滑移矢量，它可以沿其作用线滑移，但不能任意移至作用线以外的位置。必须指出，力的可传性原理不适应于研究物体的内效应。例如，一根直杆受一对平衡力F、F作用时，杆件受压，若将两力互沿作用线移动而易位，则杆变

8、为受拉，但拉、压是两种不同的内效应。因此，当研究物体的内效应时，力应视为固定矢量。性质3（力的