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1、第一章 静力学公理和物体的受力分析静 力 学第一章 静力学公理和物体的受力分析 刚体静力学的三类问题：（1）物体的受力分析；（2）力系的等效替换（或简化）；（3）力系平衡条件的建立及应用。第一章 静力学公理和物体的受力分析第一章 静力学的基本概念 和公理第一章 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15 受 力 分 析 和 受 力 图14 约 束 和 约 束 反 力 13 静 力 学 公 理12 力1 1 刚 体第一章 静力学的 基本概念 和公理 静 力 学第一章 静力学的基本概念 和公理第一章 静力学公理和物体的受力分析本章学习指导学习目标：（1） 理解力、刚体、平
2、衡、约束等基本概念和静力学基本公理；（2 2）掌握常见约束的特征及约束力的表示方法；）掌握常见约束的特征及约束力的表示方法；（3 3）能正确地对单个物体及物体系进行受力分析并画出受力图。）能正确地对单个物体及物体系进行受力分析并画出受力图。 重点：（1） 力、刚体、平衡、约束等的概念；静力学公理及其应用；（2 2） 常见约束的特征及约束力的画法；常见约束的特征及约束力的画法；（3 3）受力分析及其受力图。）受力分析及其受力图。难点： （1 1） 约束的概念及其特征；约束的概念及其特征；（2 2） 物体系的受力分析及其受力图。物体系的受力分析及其受力图。第一章 静力学公理和物体的受力分析11 刚
3、 体第一章 静力学公理和物体的受力分析11 刚 体刚体是一种理想的力学模型。刚体是实际物体和构件的抽象和简化。一个物体能否视为刚体，不仅取决于变形的大小，而且和问题本身的要求有关。例如：研究飞机整体运动；机翼的强度或者刚度刚体在外界的任何作用下形状和大小都始终保持 不变的物体。 或者在力的作用下，任意两点间的距离保持不变的物体。第一章 静力学公理和物体的受力分析12 力12 力第一章 静力学公理和物体的受力分析12 力1.力的定义 力是物体相互间的机械作用，其作用结 果使物体的形状和运动状态发生改变。确定力的必要因素3. 力的三要素大小方向作用点2. 力的效应外效应改变物体运动状态的效应。内效
4、应引起物体变形的效应。材料力学第一章 静力学公理和物体的受力分析4. 力的表示法5. 力的单位力是一矢量，用数学上的矢量 记号来表示，如图。F 在国际单位制中，力的单位是牛顿(N) 1 N= 1千克米/秒2（kgm/s2 )。12 力第一章 静力学公理和物体的受力分析13 静力学公理13 静力学公里第一章 静力学公理和物体的受力分析13 静力学公理1. 基本概念基本概念1.力系定义: 指作用于物体上的一群力.分类:平面力系平面汇交力系平面平行力系平面力偶系平面任意力系空间力系空间汇交力系空间平行力系空间力偶系空间任意力系第一章 静力学公理和物体的受力分析2.平衡 指物体相对于地面静止或做匀速直
5、线运动。绕某一定轴匀 角速转动是平衡吗？3.平衡力系 在这样一群力作用下物体能处于平衡.4.等效力系 作用在物体上的力系,如果可以用一个适当的力系来代替, 而外效应相同,那么这两个力系互为等效力系. 5.合力 如果一个力和一个力系等效则称这个力为该力系的合力.6.分力 力系中的各力称为该合力的分力.第一章 静力学公理和物体的受力分析即，合力为原两力的矢量和。A公理1 (力的平行四边形法则)作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定。F F1 1F F2 2F FR R矢量表达式：矢量表达式：F FR R=
6、F= F1 1+F+F2 213 静力学公理 公公 理理 2.公理亦可用力三角形求得合力矢第一章 静力学公理和物体的受力分析AF F1 1F F2 2F FR R公理三AF F1 1F F2 2F FR RAF F1 1F F2 2 F FR R力三角形法13 静力学公理 公公 理理思考:1、合力是否一定大于分力？2、第一章 静力学公理和物体的受力分析公理一 公理二13 静力学公理公理2 二力平衡条件 使刚体平衡的充分必要条件：最简单力系的平衡条件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。第一章 静力学公理和物体的受力分析公理3
7、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，而不改变原力系对刚体的作用。（力系等效替换的依据） 推论1 (力的可传性)作用于刚体上的力，其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用。=F F1 1 = = F F2 2 = F= FF FABF FABF F2 2F F1 1F F1 1AB作用在刚体上的力是滑动矢量，其力的三要素为大小、方向和作用线第一章 静力学公理和物体的受力分析F F3 3F FA=A3F F1 1F F2 2F F3 3A3AA2A113 静力学公理推论2 (三力汇交定理)当刚体在三个力作用下平衡时，若其中两力的作用线汇交于某点，则此三
8、力必在同一平面内，且第三个力的作用线必定也通过这个点。 证明： 公公 理理思考：三个力平衡时，一定汇交于同一点吗？第一章 静力学公理和物体的受力分析公理四 公理五13 静力学公理任何两个物体相互作用的力，总是大小相等，作用线相同，但指向相反，并同时分别作用于这两个物体上。 公公 理理公理四(作用和反作用公理)思考：公理4与公理2的区别是什么？在画物体受力图时要注意此公理的应用第一章 静力学公理和物体的受力分析公理四 公理五13 静力学公理 公公 理理公理5 刚化原理柔性体（受拉力平衡）刚化为刚体（仍平衡）反之不一定成立：刚体（受压平衡）柔性体（受压不能平衡）变形体在某一力系作用下处于平衡，如将
9、此变形体刚化为刚体，其平衡状态保持不变。第一章 静力学公理和物体的受力分析说明： 刚化原理是一个基于经验的基本假设； 刚化原理建立了刚体静力学和变形体静力学之间的联系； 刚化原理表明，刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件，而非充分条件。第一章 静力学公理和物体的受力分析思考1、只适用于刚体的公理有哪些？ 公理2 二力平衡条件和 公理3 加减平衡力系公理 2、图中A、B均为刚体，力的可传性定理是否适用于图中的力F？第一章 静力学公理和物体的受力分析14 约束和约束力第一章 静力学公理和物体的受力分析基本概念自由体非自由体约 束约束力主动力可以任意运动（位移不受限制）的物体。运动(位移)受到某些限
10、制的物体。 约束对被约束物体的作用力。对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体 主动地使物体产生运动或使物体有运动趋势的力，即约束力以外的力。1. 基本概念14 约束和约束反力第一章 静力学公理和物体的受力分析14 约束和约束反力约束的作用：（1）限制物体的运动规律，如火车的运动轨迹只能是轨道曲线。（2）限制是通过力的作用实现。约束力的方向确定：必与该约束所能够阻碍的物体运动方向相反。 大小未知；作用点接触处。第一章 静力学公理和物体的受力分析2. 常见的几种类型的约束14 约束和约束反力常见约束柔绳、链条、胶带构成的约束柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体,为拉力，用F或FT表示。第一章
11、 静力学公理和物体的受力分析柔绳约束柔绳、链条、胶带构成的约束14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例F FT T1 1F FT T2 2胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力，用F或FT表示。 思考：1、为什么柔绳、链条、胶带的约束力只能是拉力？2、 当带轮静止时，FT1和FT2相等；当带轮匀速转动时，胶带上的FT1和FT2是否相等？F FT T1 1第一章 静力学公理和物体的受力分析柔绳约束胶带构成的约束14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例第一章 静力学公理和物体的受力分析柔绳约束链条构成的约束14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例第一章 静力学公理和
12、物体的受力分析特点：是单面约束，约束力只 能是拉力；作用点：在接触点处或假想截 面处；方向：总是沿着绳子的方向而 背离所系的物体；对不计质量的光滑绳索而言， 各处的拉力都是相同。14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例柔绳、链条、胶带构成的约束第一章 静力学公理和物体的受力分析光滑接触面约束光滑接触面约束14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例F FN NF FN NF FN N第一章 静力学公理和物体的受力分析14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例F FN N止推圆柱滚子轴承止推球轴承F FN N径向滚珠轴承第一章 静力学公理和物体的受力分析光滑接触面约束实例
13、14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例第一章 静力学公理和物体的受力分析特点：是单面约束，约束力是压力；作用点：在接触处。在面-面接触的形式中，作用点具体位置与平衡形式有关；方向：沿着接触处的公法线方向而指向被约束物体。14 约束和约束反力光滑接触面约束第一章 静力学公理和物体的受力分析光滑铰链约束ABF F光滑圆柱铰链约束AB14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例用圆柱销钉将两个零件连接在一起，并假设接触面光滑，由此构成的约束称为光滑圆柱铰链约束。方向未定，但必在垂直于圆柱轴线的平面内并通过圆心。第一章 静力学公理和物体的受力分析F Fy yF Fx x固定铰链支座固
14、定铰链支座光滑铰链约束14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例F F当光滑圆柱铰链连接的两个构件之一与地面或机架固接则构成固定铰链支座，也称为固定铰链。第一章 静力学公理和物体的受力分析光滑圆柱铰链约束实例14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例第一章 静力学公理和物体的受力分析14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例第一章 静力学公理和物体的受力分析光滑圆柱铰链约束实例14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例第一章 静力学公理和物体的受力分析光滑圆柱铰链约束实例14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例第一章 静力学公理和物体的受力分析特点：被
15、连接的物体可绕销钉轴作相对转动，但相对移动被限制。是双面约束。作用点：销钉与连接件的接触处，在垂直于圆柱销轴线的平面内。方向：方向不定，通常表示为两个互相垂直的分力形式。14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例ABF FF Fy yF Fx xF F第一章 静力学公理和物体的受力分析F F F F活动铰链支座（1）活动铰链支座其它约束14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例在铰链支座与支承面之间装上滚轴，就构成了活动铰链支座或滚轴铰链支座。第一章 静力学公理和物体的受力分析14 约束和约束反力 约束类型与约束类型与实例实例第一章 静力学公理和物体的受力分析光滑圆柱铰链约束实例14 约束和约束反力
