力的基本知识PPT幻灯片课件

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1、力学基本知识 1 一 力的基本概念 1 力的基本特性 力时一个物体对另一个物体的作用 包括两个物体 一个受力物体 一个施力物体 外效应 使物体的运动状态发生改变的力 内效应 使物体产生变形效应的力 力使物体间的相互机械作用 不能脱离物体独立存在 2 力是物体对物体的作用 力不能脱离物体而单独存在 3 力的作用是相互的 施力物体同时也是受力物体 4 力的作用效果 改变物体的形状 5 力的作用效果 改变物体的运动状态 6 二 力的三要素 1 力的大小2 力的方向3 力的作用点 这三个因素也叫力的三要素 也就是说 只有力的三个要素都不变 力的作用效果才不变 7 用手拉弹簧 力越大 弹簧伸长越长 力的

2、作用效果与力的大小有关 8 在篮球运动中 运动员用力盖帽 球就向下运动 力的作用效果与力的方向有关 9 力的作用效果与力的作用点有关 用扳手拧螺母时候 哪种方法易于把螺母拧紧 用扳手拧螺母时候 手握在把的B点比把手的A点 易于把螺母拧紧 10 议一议 力是矢量 具有大小和方向 通过改变力的大小表明物体间的作用力的强弱程度 11 通过改变力的方向 从而改变力的作用效果 12 通过改变力的作用点 从而改变力的作用效果 关门时 手推在门把A处比推在门B处 易于把门关上 13 力的单位为牛顿或千牛顿 1牛顿 N 0 102公斤力 kgf 1吨力 tf 1000公斤力 kgf 1千克力 kgf 1公斤力

3、 kgf 9 807牛 N 10牛 N 14 1二力平衡公理 作用在同一物体上的两个力 使物体处于平衡的必要和充分条件是 这两个力大小相等 方向相反 且在同一直线上 三 力的基本性质 15 2力的可传性 作用在刚体上某点的力 可以沿着它的作用线移动到刚体内任意一点 而不改变该力对刚体的作用 F 由此可知 作用于刚体上的力是滑移矢量 因此作用于刚体上力的三要素为大小 方向和作用线 16 3作用力与反作用力公理 两物体间的作用力与反作用力 总是大小相等 方向相反 沿同一直线并分别作用于两个物体上 17 四 力的种类 按照力的性质 力分为重力 弹力 摩擦力 按照力的作用效果 力分为拉力 压力 支持力

4、 动力 阻力 加快物体运动的力 称为动力 阻碍物体运动的力 称为阻力 18 重力 1 产生 由于地球的吸引而使物体受到的力 叫重力 2 大小 G mg 在同一位置 G的大小与物体运动状态无关 超重 失重 方向 竖直向下 3 重心 物体各个部分受到重力的合力的作用点 重心可能在物体上也可能不在物体上 1 质量分布均匀的物体 重心位置只跟形状有关 2 质量分布不均匀的物体 重心位置跟物体形状有关 跟物体内质量的分布有关 3 用悬挂法测重心 只适合薄片状物体 4 重力与万有引力的关系 重力是万有引力的一个分力 在地球两极 重力与万有引力大小相等 方向相同 在地球其它位置 重力与万有引力大小不相等 方

5、向也不相同 19 发生弹性形变时 物体 弹性 弹力 产生 弹力是物体由于弹性形变而产生的力 弹力 20 1 任何物体只要发生弹性形变 就一定会产生弹力 压力 支持力 拉力 推力 张力等等都是由于物体发生弹性形变而产生的 这些力实质上都是弹力 2 弹力产生于直接接触的物体之间 并以物体产生弹性形变为先决条件 不相互接触的物体之间是不会发生弹力作用的 弹力解释 21 弹力 1 产生条件 相互接触有挤压 发生弹性形变 2 弹力方向 1 绳和弹簧的弹力方向 注意弹簧是被压缩还是被拉伸 2 接触面的弹力方向 点面接触 面面接触 3 轻杆的弹力方向 一般情况 由物体的受力情况和运动情况决定 轻杆只在两端受

6、二力平衡时 弹力沿杆的方向 3 弹力大小的计算 1 弹簧弹力 F kx 2 微小形变产生的弹力 由物体的受力情况和运动情况决定 22 摩擦力 定义 两个相互接触的物体 当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时 就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力 分类 1 静摩擦力 2 动摩擦力 滑动摩擦力 滚动摩擦力 23 静摩擦力 定义 两个相互接触而保持相对静止的物体 当它们之间存在相对运动趋势时 在它们的接触面上会产生阻碍物体间相对运动的力 产生条件 1 两物体的接触面不光滑 2 接触面有弹力 3 两物体间有相对运动趋势 24 静摩擦力 方向 沿着接触面 并且跟物体相对运动的趋势的方向相反

7、 G f F推 f f G G F支 FN f 25 静摩擦力 大小 静摩擦力的大小随着推力的增大而增大 可以说静摩擦力的大小由外部因素决定 当人的水平推力增加到某一值Fm时 物体就要滑动 此时静摩擦力达到最大值 我们把Fm叫做最大静摩擦力 f F推 26 静摩擦力 大小 摩擦力的大小随着推力的增大而增大 取值范围0 F Fm 说明 1 静摩擦力的大小与正压力无关 但最大静摩擦力的大小与正压力成正比 3 最大静摩擦力一般比滑动摩擦力大一些 2 静摩擦力可以是阻力 也可以充当动力 27 滑动摩擦力 定义 两个互相接触挤压且发生相对运动的物体 在它们的接触面上会产生阻碍相对运动的力 产生条件 两物

8、体接触面有弹力 两物体的接触面不光滑 两物体要发生相对滑动 28 滑动摩擦力的大小 滑动摩擦力的大小跟压力成正比 也就是跟物体间的垂直作用力成正比 F FN 是动摩擦因数 它的数值跟相互接触的两个物体的材料有关 材料不同 动摩擦因数也不同 还跟粗糙程度有关 29 滑动摩擦力方向 方向 总跟接触面相切 并且跟它们相对运动的方向相反 注意 1 物体的相对运动方向 与 物体的运动方向 不同 2 相对 指的是研究对象相对于其接触的物体而言 3 滑动摩擦力的方向可能跟物体的运动方向相反 也可能跟运动方向相同演示传送带问题 思考 静止的物体是否可以受到滑动摩擦力 30 滚动摩擦力 定义 一个物体在另一物体

9、表面上滚动时 物体间产生的阻碍物体间滚动的作用力 注意 压力相同时 滚动摩擦力比滑动摩擦力小很多 31 摩擦力 一 静摩擦力 1 静摩擦力产生条件 a 接触面粗糙 b 存在弹力 c 相对静止且有相对运动趋势 2 静摩擦力的方向 沿接触面且与相对运动趋势方向相反 3 静摩擦力的大小 0 f fm fm 0N 一般由牛顿定律计算 平衡时等于除f外的切向合力 二 滑动摩擦力 1 滑动摩擦力产生条件 a 接触面粗糙b 存在弹力c 有相对运动 2 滑动摩擦力的方向 沿接触面且与相对运动方向相反 3 滑动摩擦力的大小 f N 32 五 力的合成与分解 1 合力与分力 一个力如果它产生的效果跟几个力共同作用

10、的效果相同 则这个力就叫那几个力的合力 而那几个力就叫这个力的分力 合力与分力之间是效果上的等效 替代 关系 求几个已知力的合力叫做力的合成 求一个已知力的分力叫做力的分解 力的合成与分解互为逆运算 2 平行四边形定则 三角形法则 33 3 两个力的合力 用作图法讨论 1 F1与F2大小不变 夹角 变化时 合力F的变化 0 时 F F1 F2 180 时 90 时 因此两个力的合力满足 2 F1与F2夹角 不变 使其中一个力增大时 合力F的变化 当0 90 时 合力随着其中一个力的增大而增大 当 90 时 若F2增大 其合力的大小变化比较复杂见图 3 将菱形转化为直角三角形两个大小为F的力 夹

11、角为 时 其合力大小为F合 2Fcos 2 方向在两个力夹角的平分线上 当 120 时 F合 F 34 若F3满足 则三个力合力的最小值等于0 或者说 表示三个力的线段如果能围成一个三角形 则这三个力的合力最小值为0 4 三力的合力 35 5 力的分解 力的分解的原则 1 可以按力的作用效果分解 2 按照题设条件分解 3 正交分解 分解力时 可以认为已知平行四边形的对角线 求作两邻边 1 已知合力F 两个分力F1 F2的方向 求两个分力的大小 有唯一解 图1 2 已知合力F 分力F1的大小和方向 求分力F2的大小和方向 有唯一解 图2 3 已知合力F 分力F1的大小 分力F2的方向 求F1的方

12、向和F2的大小 图3 可能有唯一解 F1 Fsin 可能有两个解 F1 Fsin 也可能没有解 F1 Fsin 36 牛顿第三定律 两物体间的作用力和反作用力总是大小相等 方向相反 作用在同一直线上 同时出现 同时消失 分别作用在不同的物体上 作用力和反作用力总是 同生 同灭 同变 同大小 同性质 反方向 但是分别作用在不同的物体上 因此不能抵消 37 六 物体的受力分析 1 首先分析重力2 其次分析弹力 看它跟哪些物体接触 有无形变 依次分析每一个弹力3 最后分析摩擦力 看它跟哪些物体接触 有无形变 有无相对运动趋势或相对运动依次分析每一个摩擦力 根据受力分析的结果 画出物体的受力图 38

13、七 共点力作用下物体的平衡 1 共点力几个力作用于物体的一点 或它们的作用线交于一点 这几个力叫共点力 2 共点力的平衡条件共点力作用下物体的平衡条件是合力为零 3 判定定理物体在三个互不平行的力的作用下处于平衡 则这三个力必为共点力 39 八力对点的矩的概念 工程实践表明 作用在刚体上的力除了产生移动效应外 有时还产生转动效应 而且除了刚体绕质心的转动效应 还有刚体绕任一点的转动效应 这在生产和生活中是常见的 如用扳手拧螺母 作用于扳手上的力F使其绕固定点O转动 如图3 1所示 同时 力对刚体绕某一固定点的转动效应不仅与力的大小有关 而且与固定点到该力的作用线的距离有关 因此 在力学上以固定

14、点到力作用线的距离的乘积作为度量力F使刚体绕固定点O转动效应的物理量 这个量称为力F对O点的矩 简称为力矩 以公式记为 Mo F Fh 3 1 O点称为力矩中心 简称为矩心 距离h称为力臂 在平面力系中 力对点的矩是一个代数量 力距的大小等于力的大小与力臂的乘积 其正负号表示力使刚体绕矩心转动的方向 通常规定 力使刚体逆时针方向转动时力矩为正 反之为负 力矩的单位是 牛顿 米 N m 必须指出的是 作用于刚体上的力可以对任意点取矩 力矩在下列两种情况下为零 1 力的大小等于零 2 力的作用线通过矩心既力臂为零 40 力对点的矩的概念 图3 1力对点之矩 图3 1力对点之矩 41 合力矩定理 4

15、2 物体的变形 1 物体的变形 根据受力的不同可分为下列几种基本形式 拉伸压缩剪切弯曲扭转2 根据变形的特点 物体的变形又可分为弹性变形和塑性变形 弹性变形 去除外力物体恢复原状 塑性变形 去除外力物体不能恢复原状 43 物体的破坏 当外力超过物体的承受极限 物体出现断裂等 丧失使用功能 根据破坏的形式 物体分为脆性物体和韧性物体 在外力作用下 物体抵抗破坏的能力 称为强度 根据外力的作用方式 强度有抗拉强度 抗压强度 抗弯强度 抗剪强度 44 刚体 1 定义 在任何条件下大小和形状都不发生变化的物体称为刚体 3 特点 刚体内任意两点间的距离不因外力而改变 2 说明 刚体与质点 理想气体 点电

16、荷等一样是理想模型 真正的刚体是不存在的 但一些实际物体在受力不太大时 可近似看作刚体 Eg 固体 45 刚体的平动 1 定义 刚体内任一给定直线 在运动过程中其方向始终不变的运动称为平动 Eg 电梯 2 特点 平动时 刚体内任一质点的运动就代表了整个刚体的运动 46 刚体的转动1 定义 刚体内各质点都绕同一直线作圆周运动 1 定义 转轴固定不动的转动称为定轴转动 2 刚体定轴转动的特点 1 刚体上各质点都作圆运动 圆运动的园平面与轴线垂直 2 刚体上各点做圆运动的半径在相等的时间间隔内转过相同的角度 相等且为标量 转轴不一定是固定的 Eg 车轮在地面上的滚动 刚体的一般运动都可看作是平动和转动的叠加 2 转轴 该直线称为转轴 四 刚体的定轴转动 47 48