工程力学静力学基础知识

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1、工程力学（ 第四版）中国劳动社会保障出版社主讲教师：刘妍佳贵州省电子信息高级技工学校1目 录绪论 第一篇 静力学第一章 静力学基础知 识第二章 平面基本力系第三章 平面一般力系第二篇 材料力学第四章 材料力学基 础第五章 拉伸和压缩第六章 剪切和挤压第七章 圆轴扭转第八章 直梁弯曲绪论 第一篇 静力学第一章 静力学基础知识第二章 平面基本力系第三章 平面一般力系第二篇 材料力学第四章 材料力学基础第五章 拉伸和压缩第六章 剪切和挤压第七章 圆轴扭转第八章 直梁弯曲2绪 论力学是一门以工程技术为背景的应用基 础 学科，它以理论、实验和计算机仿真为主要 手 段，研究工程技术中的普遍规律和共性问题

2、， 并直接为工程技术服务。工程力学作为力学的一个分支，是20世 纪 50年代末出现的。首先提出这一名称并对这 个 学科做了开创性工作的是中国学者钱学森。3一、工程力学在实际中的应用 二、工程力学所要解决的问题三、学习工程力学的实际意义4一、工程力学在实际中的应用瓦特蒸汽机运行原理内燃机5一、工程力学在实际中的应用上海杨浦大桥桥面结构6一、工程力学在实际中的应用2008年北京奥运会主场馆“鸟巢”7一、工程力学在实际中的应用F8二、工程力学所要解决的问题机械设备或工程结构都是由若干构件组 成 的，当它们传递运动或承受载荷时，各个构 件 都要受到力的作用。当我们研究这类问题时：首先，必须确 定 作用

3、在各个构件上有哪些力以及它们的大小 和 方向；其次，在确定了作用在构件上的外力 后 还必须为构件选用合适的材料，确定合理的 截 面形状和尺寸，以保证构件既能安全可靠地 工 作，又符合经济要求。9二、工程力学所要解决的问题10三、学习工程力学的实际意义1、工科各专业一般都要涉及机械运动和强 度计算的问题。 2、工程力学是研究力学中最普遍、最基本 的规律。 3、工程力学的研究方法具有典型性，有助 于培养辩证唯物主义观点以及分析问题和 解决问题的能力。 看书第一页11阅读材料：力学名人钱学森钱学森（1911.12.11-2009.10.31）， 男 ，汉族，浙江省杭州市人。中国共产 党优秀党员、忠诚

4、的共产主义战士、 享誉海内外的杰出科学家和中国航天 事业的奠基人，中国两弹一星功勋奖 章获得者之一。曾任美国麻省理工学 院教授、加州理工学院教授，曾担任 中国人民政治协商会议第六、七、八 届全国委员会副主席、中国科学技术 协会名誉主席、全国政协副主席等重 要职务。 看书第四页 12一、静力学研究什么：物体在力作用下的平衡规 律 二、包括的问题：1.物体的受力分析2.物体在力系作用下的平衡条件第一篇 静力学NFfGG 重力N 支持力F 牵引力f 摩擦力13第一篇 静力学力系的概念:作用在同一物体上的一组力(或 一群力)。TGT 牵引力G 重力T,G组成力系,使 灯泡处于平衡,所 以T,G就是平衡

5、条 件,此力系称为平 衡力系.14第一篇 静力学三、平衡的概念：物体相对于地球保持静止或作 匀 速直线运动的状态。例如匀速直线运动的火车、静止的桥梁。 GNNG 重力N 支持力四、平衡条件：使物体处于平衡的某些特定条件。 15第一篇 静力学想一想：当球体运动到最高点时，球速为0 ，它是否处于平衡状态？为什么？回答：1、平衡状态是指受力平衡，球上升阶段，它 受到重力做匀减速运动，到最高点时速度减为0了， 但是对它作用的只有重力（摩擦力忽略），所以是 不平衡的，这点其实就跟你手里拿着小球然后放手 的一瞬间是一样的，小球开始没速度，然后开始向 下落的。2、速度为0，但是加速度为g，所以不平衡！平衡是

6、 指加速度为0的情况下。 16第一章：静力学基础知识1-1 静力学模型 1-2 力 1-3 静力学公理171-1 静力学模型模型：对实际物体和实际问题的合理抽象与简化 。一、对物体的合理抽象与简化刚体 刚体：在力的作用下形状和大小都保持不变的物体。 想一想：小孩坐在两端支起的木板上，使木板发生了形 变，这块木板可以抽象为刚体吗？桌子变形很明显，而作为 刚体，它的变形很微小， （可略去）所以这块木板 不可以抽象为刚体。181-1 静力学模型二、对受力的合理抽象与简化集中力与 均布力 集中力：作用面积很小的力。例如：汽车停在桥面上，通过轮胎作用在桥面的力 。汽车的重量是通过轮胎 作用在桥面上，由于

7、轮 胎与桥面的接触面积比 较小，因此轮胎对桥面 的作用力就看作是两个 力，作用于一点的两个 力，这种力就叫做集中 力。 191-1 静力学模型均布力：连续分布的力 。例如：汽车停在桥面上，桥面施加在桥梁上的力 。 桥面板作用在钢梁的 力，接触面积并不是 一点，也不是很小， 因此梁所受的力不是 集中力，而是沿着梁 的长度方向分布的均 布力。均均 布布 力力201-1 静力学模型集中力与均布力的区别: 集中力：F（N）作用在物体的一点上。 均布力：q (N/m ) 作用在物体的面积上。三、对接触与连接方式的合理抽象与简化三、对接触与连接方式的合理抽象与简化约束约束约束约束：构件之间的接触与连接方式

8、的抽象与简化。：构件之间的接触与连接方式的抽象与简化。是物体在空间的运动受到的限制是物体在空间的运动受到的限制 。211-2 力提水桶时水桶受到手施加的力的作用，运动发生改变，人 也 有感觉，提水使双臂肌肉紧张收缩。掰手腕时双方用力肌肉也 会 紧张收缩，从而让我们体会到力的存在。221-2 力一、力的效应 外效应：力使物体的运动状态发生改变的效应。静力学研究力的外效应。内效应：力使物体的形状发生变化的效应。材料力学研究力的内效应。231-2 力二、力的作用是相互的 力的概念：力是物体间相互的机械作用。这种作用可以使物体的运动状态发生变 化 （外效应），也可以使物体的形状发生变形 （内效应）。当

9、某一物体受到力的作用时，一定有另 一 个物体对它施加这种作用。 例如：人向前推墙时，墙对人有相反方向的 作 用力，使人向后运动。 241-2 力三、施力物体和受力物体人在提水的过程中，若把水桶看成是受力物体，则手是施力物体；反之，若认为手 是受力物体，则水桶是施力物体。 判别时主要是判断哪个是主动，哪个是被动 。 施力物体与受力物体的判别： 主动：施力物体 被动：受力物体 251-2 力四、力的三要素力对物体作用的效应决定于力的三个因 素：力的大小、方向和作用点。三要素中只要有一个要素发生改变，那 么力对物体的作用效果也发生改变。矢量：有大小和方向的量。力是具有大小和方向的量，所以力是矢 量。

10、用粗黑体字母表示矢量。261-2 力力的图示法：力可以用带箭头的线段表示。线段的长度表示力的大小，箭头表示力 的方向，线段的起始点或终止点表示力的作 用点。 力比例尺1厘米=10NF=30NF始点或终点代表力的作用点FF271-3 静力学公理一、作用与反作用公理（公理一）两个物体间的作用力与反作用力总是同时存在、同时消失，（总是成对出现）且大 小相等、方向相反，其作用线沿同一直线， 分别作用在这两个物体上。等值、反向、共线力的符号：F、 F28一、作用与反作用公理（公理一）FT、G不是作用力与反作 用力，因为它们在同一物体上。FT与 FT是一对作用力与 反作用力。因为它们作用在两个物体上，并且

11、等值、反向、共线。FTFTG举例1：FT绳给灯的力FT灯给绳的力G重力（地球对灯的引力）29一、作用与反作用公理（公理一）举例2：手指按压桌子，手对桌子施加压力 ， 桌子对手施加支持力。 举例3：书11页，图1-10 人在划船离岸时，桨对岸作用一个力，岸对桨也作用一个力。301-3 静力学公理二、二力平衡公理（公理二）作用于同一刚体上的两个力，使刚体平衡的必要且充分条件是，这两个力大小相 等、方向相反，作用在同一条直线上。压力变短拉力变长刚体不考虑变形31二、二力平衡公理（公理二）刚体平衡的必要充分条件：二力二力等值、反向、共线。等值、反向、共线。矢量表示法：矢量表示法：F F1 1=-F=-

12、F2 232二、二力平衡公理（公理二）FT、G不是作用力与反作用力，因为它们等值、反向 、共线，且作用在同一物体上，属于二力平衡公理中 的两个力。举例1：FTFTG FT绳给灯的力FT灯给绳的力G重力（地球对灯的引力）33公理二的应用二力构件：只有两个着力点而处于平衡的构件。 二力杆：当构件呈杆状时，若略去杆的自重和伸 缩,此构件称为二力杆。受力特点：所受二力方向必沿其两作用点的连线。三铰钢架中的BC构 件，若不计自重， 就是二力构件。 34公理二的应用杆CD若不计自重，就是一个二力杆。CDABFCDFDDF FC C F FC C=-F=-FDDDABFGABAB杆不是二力构件，因杆不是二力

13、构件，因 为它有四个着力点。为它有四个着力点。35公理二的应用试在曲杆的A、B两点上各加一个力，并使 曲 杆处于平衡状态。ABABFAFBABFAFB36公理一与公理二的区别公理一：作用力与反作用力是等值、反向、 共线，分别作用在两个不同的物体上。 公理二：作用在同一物体上的两个力，等 值、反向、共线。 举例：书13页，图1-14371-3 静力学公理三、加减平衡力系公理（公理三）在一个刚体上加上或减去一个平衡力系，并 不 改变原力系对刚体的作用效果。F1=-F2=F F2F1F138公理三的应用力的可传性原理：作用于刚体的力可以沿其 作用线滑移至刚体的任意点，不改变原力对 该刚体的作用效应。

14、391-3 静力学公理四、力的平行四边形公理（公理四）作用于物体上的同一点的两个力，可以合成 为 一个合力，合力也作用于该点上，其大小和方向 可 用以这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角 线 来表示。FR矢量式表示：FR=F1+F2 （FR等于力F1与力F2的矢量和）矢量式与代数式完全不同， 不 能混淆。只有当二力共线时，其 合 力才等于二力的代数和。40四、力的平行四边形公理学生练习：当F1=30N，F2=50N，两个力夹 角 为45时，求合力。10NF1F2FR量取FR的长度，就可知合力大的大小。不是30+50这样算出来的 。41四、力的平行四边形公理（公理四）将力的矢量F1、F2首尾相

15、接，再用线段将其封闭 构 成一个三角形，该三角形称为力的三角形，封闭 边 代表合力FR 。这一力的合成方法称为力的三角形法则。42四、力的平行四边形公理（公理四）力的合成与分解：将两个以上共点力合成为一 个力，或者将一个力分解为无数对大小、方向不同 的 力。F3F1FF2F力多边形法则：三个力首尾相接F2F3F1F43公理四的应用1.三力平衡汇交定理若作用于物体同一平面上的三个互不平行的 力 使物体平衡，则它们的作用线必汇交于一点。设设A A、B B、C C三点在同一平三点在同一平 面，使三点分别作用三个面，使三点分别作用三个 互不平行的三个力互不平行的三个力F1F1、F2F2 、F3F3，使物体平衡。证明，使物体平衡。证明 三个力是否相交于一点？三个力是否相交于一点？44三力平衡汇交定理证明：1、根据力的可传性原理，将F1、F2两个力沿力的作 用 线滑移，必汇交与一点O。2、根据力的平行四边形原理，可得合力F12。3、因为物体是平衡的，所以F12与F3是二力平衡，即 等值、反向、共线。根据二力平衡公理，F12与 F3必在同一直线上，F3必定通过汇交点O。4、所以F1、F2、F3均通过O点，即汇交于一点。45公理四的应用2.三力构件物体只受其共