1静力学基本公理

项目一：静力学基本公理

【教学题目】

静力学基本公理

【教材版本】

孔七一主编，《应用力学》。北京：人民交通出版社，2012

【教学目标与要求】

一、知识目标

1.理解公理、定理、推论的概念；

2.理解力学的基本公理。

二、能力目标

能熟练应用力学的四大基本公理。

三、教学要求

能准确阐述力学的四大基本公理。

【教学思想】

通过对知识的学习、分析，培养学生的逻辑思维能力。

【难点分析】

对物理学中“平衡”概念的理解分析。

【教学方法和策略】

讲练法、联想法。

【教学资源】

1.姬慧主编，《土木工程力学》。北京：化学工业出版社，2010

2.同济大学基础力学教学研究部主编，《理论力学》。同济大学出版社，2010

3.王长连主编，《建筑力学》。北京：清华大学出版社，2009

【教学安排】

1学时（45分钟）。

【教学过程】

一、导入新课

从中学物理学入手，深层次讲解力学的基本公理。

二、课程教学

静力学基本公理：是静力学中已被实践反复证实并被认为无需证明的最基本的原理，正确地反映了客观规律，并成为演绎推导整个静力学理论的基础。

基本公理一：

二力平衡公理：作用在刚体上的两力平衡的充要条件是：两力的大小相等、方向相反且作用在同一直线上。

说明：二力平衡公理只适用于刚体，不适用于变形体。

启发教学：绳索的两端受到大小相等、方向相反，沿同一直线作用的两个压力，是不能平衡的。

基本公理二：

加减平衡力系公理：在作用于刚体的任一力系上，增加或减去任意的平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用，即原力系的效应不变。

效应：物体的运动状态发生改变，其一定受到了力的作用。

基本公理三：

平行四边形法则：作用在物体同一点上的两个力可合成一个合力，合力的作用点也在该点，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。

引申：在熟练应用平行四边形法则的前提下，可以引申出离的三角形法则。

基本公理四：

作用力与反作用力公理：两物体间存在作用力与反作用力，两力大小相等、方向相反、分别作用在两个物体上，作用线沿同一直线。

启发教学：用手打人的同时，自己的手也痛。

强调：作用力与反作用力分别作用在两个物体上，画受力分析图的时候一定要注意。

第一章静力学的基本概念和公理 一，填空题 1，力对物体的作用效果取决于力的，，，这三者称为力的三要素。力的外效应是指力使物体的发生改变，力的内效应是指力使物体的 发生改变。 力是物体间的相互作用，它可以使物体的_____________发生改变，或使物体产生___________。 2，物体的平衡是指物体相对于地球保持或状态。 3，在力的作用下和都保持不变的的物体称为刚体。 4，对物体的运动或运动趋势起限制作用的各种装置称为。 5，常见的铰链约束有和。 约束反力恒与约束所能限制的物体运动（趋势）方向。 6，刚体受到两个力作用而平衡，其充要条件是这两个力的大小， 作用线。 7，作用力和反作用力是两个物体间的相互作用力，它们一定，，分别作用在。 作用在刚体上的力可沿其作用线任意移动,而_______________力对刚体的作用效果.所以,在静力学中,力是________________的矢量. 9力对物体的作用效果一般分为__________效应和___________效应. 10对非自由体的运动所预加的限制条件为_____________;约束反力的方向总是与约束所能阻止的物体的运动趋势的方向_____________;约束反力由_____力引起,且随_______________力的改变而改变. 9柔性约束对物体只有沿_________的___________力。 10，铰链约束分为_________和_________。 11，光滑面约束力必过_________沿_________并指向______________的物体。 12，活动铰链的约束反力必通过___________并与___________相垂直。 表示一个力对物体转动效果的度量称为_________，其数学表达式为_________。 14、力偶是指______________________________________________________。 15，力偶对物体的转动效应取决于_______________、________________、 _______________三要素。 力偶对其作用平面内任何一点这矩恒等于它的_________，而与_________位置选择无关。20、平面内两个力偶等效的条件是这两个力偶的__________________；平面力偶平衡的充要条件是___________________。 二，判断题：（判断正误并在括号内填√或×） 1，力的三要素中只要有一个要素不改变，则力对物体的作用效果就不变。（） 2，刚体是客观存在的，无论施加多大的力，它的形状和大小始终保持不变。（） 3，如物体相对于地面保持静止或匀速运动状态,则物体处于平衡。( ) 4，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、沿同一条直线。( ) 5，静力学公理中,二力平衡公理和加减平衡力系公理适用于刚体。( ) 6，静力学公理中,作用力与反作用力公理和力的平行四边形公理适用于任何物体。( ) 静置在桌面上的粉笔盒，重量为G。桌面对粉笔盒的支持力N=G，说明G和N是一对作用力与反作用力。

第一章静力学公理与物体的受力分析 一、判断题 1．力是滑动矢量，可沿作用线移动。（） 2．凡矢量都可用平行四边形法则合成。（） 3．凡是在二力作用下的构件称为二力构件。（） 4．两端用光滑铰链连接的构件是二力构件。（） 5．凡是合力都比分力大。（） 6．刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件，而非充分条件。（） 7．若作用在刚体上的三个力的作用线汇交于一点，则该刚体必处于平衡状态。（）二、填空题 1．作用力与反作用力大小，方向，作用在。 2．作用在同一刚体上的两个力使刚体平衡的充要条件是这两个 力，，。 3．在力的平行四边形中，合力位于。 三、选择题 1．在下述公理、法则、定理中，只适用于刚体的有（）。 A．二力平衡公理B力的平行四边形法则 C．加减平衡力系原理D力的可传性 TE作用与反作用定律 2．图示受力分析中，G是地球对物体A的引力，T是绳子受到的 G 拉力，则作用力与反作用力指的是（）。 AT′与GBT与GCG与G′DT′与G′ 3．作用在一个刚体上的两个力F A、F B，若满足F A＝－F B的条件，则该二力可能是（）。 A作用力与反作用力或一对平衡力B一对平衡力或一个力偶 C一对平衡力或一个力或一个力偶D作用力与反作用力或一个力偶 四、作图题 1．试画出下列各物体的受力图。各接触处都是光滑的。 C A B W （a）（b）

PP AB D B C W 30 A （d） （c） E D C W D B C A P A （f） （e） 2．试画出图示系统中系统及各构件的受力图。假设各接触处都是光滑的，图中未画出重力的构件其自重均不考虑。

P1 A P2 B （a）

第一章静力学的基本概念和公理 一,填空题 １,力对物体的作用效果取决于力的，，,这三者称为力的三要素。 力的外效应是指力使物体的发生改变,力的内效应是指力使物体的发生改变。 力是物体间的相互作用,它可以使物体的_____________发生改变,或使物体产生＿________＿_。 2，物体的平衡是指物体相对于地球保持或状态。 ３,在力的作用下和都保持不变的的物体称为刚体。 ４，对物体的运动或运动趋势起限制作用的各种装置称为。 ５,常见的铰链约束有和。 约束反力恒与约束所能限制的物体运动(趋势)方向。 6,刚体受到两个力作用而平衡，其充要条件是这两个力的大小, 作用线。 7,作用力和反作用力是两个物体间的相互作用力，它们一定，， 分别作用在。 作用在刚体上的力可沿其作用线任意移动,而____＿___＿＿_＿___力对刚体的作用效果．所以,在静力学中，力是___＿_＿＿__＿______的矢量． ９力对物体的作用效果一般分为＿＿＿＿___＿_＿效应和_________＿_效应. 10对非自由体的运动所预加的限制条件为__＿_______＿__;约束反力的方向总是与约束所能阻止的物体的运动趋势的方向＿_______＿＿___;约束反力由_＿__＿力引起,且随_＿__＿＿_＿_______力的改变而改变. 9柔性约束对物体只有沿＿__＿_____的_＿＿______＿_力。 1０,铰链约束分为_＿_＿__＿＿_和_＿_______。 1１,光滑面约束力必过______＿＿_沿_________并指向___＿＿_＿_______的物体。 １２，活动铰链的约束反力必通过＿_＿___＿____并与＿___＿___＿__相垂直。 表示一个力对物体转动效果的度量称为＿＿_______，其数学表达式为＿_______＿。 １4、力偶是指______＿_____＿_____＿＿_＿＿____________＿_＿＿________＿＿____＿。 15,力偶对物体的转动效应取决于_＿_＿_______＿__＿、__＿__＿_＿_____＿＿＿、＿_＿_______＿____三要素。 力偶对其作用平面内任何一点这矩恒等于它的_____＿＿＿_,而与＿＿_＿_____位置选择无关。 20、平面内两个力偶等效的条件是这两个力偶的__＿_＿_____________；平面力偶平衡的充要条件是___＿______＿＿＿＿_＿_＿_。 二,判断题:（判断正误并在括号内填√或×) 1，力的三要素中只要有一个要素不改变，则力对物体的作用效果就不变。( ) 2，刚体是客观存在的，无论施加多大的力，它的形状和大小始终保持不变。(）3,如物体相对于地面保持静止或匀速运动状态，则物体处于平衡。( ) 4,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、沿同一条直线。( ）

G T 第一章 静力学公理与物体的受力分析 一、判断题 1．力是滑动矢量，可沿作用线移动。 （ ） 2．凡矢量都可用平行四边形法则合成。 （ ） 3．凡是在二力作用下的构件称为二力构件。 （ ） 4．两端用光滑铰链连接的构件是二力构件。 （ ） 5．凡是合力都比分力大。 （ ） 6．刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件，而非充分条件。 （ ） 7．若作用在刚体上的三个力的作用线汇交于一点，则该刚体必处于平衡状态。（ ） 二、填空题 1．作用力与反作用力大小 ，方向 ，作用在 。 2．作用在同一刚体上的两个力使刚体平衡的充要条件是这两个力 ， ， 。 3．在力的平行四边形中，合力位于 。 三、选择题 1．在下述公理、法则、定理中，只适用于刚体的有（ ）。 A ．二力平衡公理 B 力的平行四边形法则 C ．加减平衡力系原理 D 力的可传性 E 作用与反作用定律 2．图示受力分析中，G 是地球对物体A 的引力，T 是绳子受到的拉力，则作用力与反作用力指的是（ ）。 A T ′与G B T 与G C G 与G ′ D T ′与G ′ 3．作用在一个刚体上的两个力F A 、F B ，若满足F A ＝－F B 的条件，则该二力可能是（ ）。 A 作用力与反作用力或一对平衡力 B 一对平衡力或一个力偶 C 一对平衡力或一个力或一个力偶 D 作用力与反作用力或一个力偶 四、作图题 1．试画出下列各物体的受力图。各接触处都是光滑的。 A B C W （a ） （b ）

2． 试画出图示系统中系统及各构件的受力图。假设各接触处都是光滑的，图中未画出 重力的构件其自重均不考虑。 A B C D P W （c ） A B P 30（d ） A B C P D （f ） A C D E W （e ） （a ） A B P 2 P 1

第一章静力学公理和物体受力分析 一、判别题（正确用√，错误×，填入括号内。） 1-1 二力平衡条件中的两个力作用在同一物体上；作用力和反作用力分别作用在两个物体上。（√） 1-2 三力平衡汇交定理表明：作用在物体上汇交于一点的三个力必是平衡力系。 （×） 1-3 刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件，而非充分条件。（√） 1-4 约束力的方向必与该约束所阻碍的物体位移方向相反。（√） 1-5 滚动支座的约束力必沿垂方向，且指向物体内部。（×）。 1-6 某平面力系的力多边形自行封闭，则该力系必为平衡力系。（×） 1-7 根据力线平移定理可以将一个力分解成一个力和一个力偶，反之一个力和一个力偶肯定能合成为一个力。（×） 1-8 作用于刚体上的任何三个相互平衡的力，必定在同一平面内。（√） 1-9 凡是合力都比分力要大。（×） 1-10 力是滑动矢量，可沿作用线移动。（×） 1-11 若作用在刚体上的三个力的作用线汇交于同一点，则该刚体必处于平衡状态。（×） 1-12 两个力是相等的，这两个力就等效。（×） 1-13 凡是大小相等、方向相反、作用线沿同一直线的两个力，都是二 平衡力。（×） 1-14 对任意给定的力系，都可以按照加减平衡力系原理，加上或减去 任意的平衡力系而不改变原力系的作用效果。（×） 题15图 1-15 按平行四边形法则，图示两个力的合力可以写为F R = F1+ F1而 不能写为| F R | = | F1| + | F2|。（√） 1-16 与反作用力同样是一对平衡力，因为它也满足二力平衡条件中所说的两力大小相等、方向相反、作用线沿同一直线。（×） 1-17 柔索类约束反力，其作用线沿柔索，其指向沿离开柔索方向而不能任意假定。（√） 1-18 只要是两点受力的刚体，均为二力构件。（×） 1-19 光滑固定面的约束反力，其指向沿接触点的公法线方向，指向可以任意假定。（×）

1.静力学基本概念 1.1力的概念 力是物体间相互机械作用。这种作用使物体的运动状态发生变化，同时使物体发生形变。前者称为力的运动效应；后者称为力的变形效应。 ?力的三要素 力对物体作用的效应，决定于力的大小、方向（包括方位和指向）、和作用点，这三个要素称为力的三要素。 ?力是一个矢量。（既有大小又有方向的量） ?力的单位：牛顿N、千牛KN ? 1.2等效力系 （1）力系作用在物体上力的集合，或作用在物体上若干个力的总称。 （2）等效力系作用于物体上的一个力系可用另一个力系代替，而不改变原力系对物体作用的外效应，以（F1,F2,...,F n ）~（F1’,F2’,...,F m’）表示。 1.2 刚体的概念 任何物体在力的作用下，任意两点间均将产生相对运动，使其初始位置发生改变，称之为位移，从而导致物体发生变形。忽略物体变形时，将其抽象为刚体。 在静力学中以刚体为研究对象，在材料力学中则以变形体为研究对象。 1.3其它概念 静力学：是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。 刚体静力学：研究刚体在力系作用下的平衡问题。 平衡：物体相对于地面保持静止或作匀速直线运动的状态。 平衡条件：要使物体处于平衡状态，作用于物体上的力系必须满足的条件。 平衡力系：作用于物体上正好使之保持平衡的力系。 1.4刚体静力学研究的基本问题 （1）受力分析-分析作用在物体上的各种力，弄清研究对象的受力情况。 （2）利用平衡条件求解未知力，以解决工程中的相关问题。 2.静力学公理 （1）二力平衡公理 （2）加减平衡力系公理 （3）力的平行四边形法则 （4）作用与反作用定律 （5）刚化公理 公理1 二力平衡公理 作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要与充分条件是：这两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上（等值、反向、共线） 二力构件：只受两个力作用而处于平衡的物体。 公理2 加减平衡力系公理 在作用于刚体上的已知力系中，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的效应。力的可传性原理： 作用于刚体上的力，可沿其作用线任意移动而不改变它对刚体的作用效应。 注意：力的可传性原理不适用于变形体 公理3 力的平行四边形法则 作用于物体上的两个力，其合力也作用在该点上，合力的大小和方向则由以这两个力为边所

第1章 静力学基础 1-1 长方体三边长a ＝16cm ，b ＝15cm ，c ＝12cm ，如图示。已知力F 大小为100N ， 方位角α＝arctg 43，β＝arctg 34 ，试写出力F 的矢量表达式。 答：F =4(12i -16j +15k )。 题1-1图 题1-2图 1-2 V 、H 两平面互相垂直，平面ABC 与平面H 成45?，ABC 为直角三角形。求力F 在平面V 、H 上的投影。 答：S H = S V =0.791S 。 1-3 两相交轴夹角为α（α≠0），位于两轴平面内的力F 在这两轴上的投影分别为F 1 和F 2。试写出F 的矢量式。 答：22 121221sin )cos (sin )cos (e e F ααααF F F F -+-=。 1-4 求题1-1中力F 对x 、y 、z 三轴、CD 轴、BC 轴及D 点之矩。 答：m x (F )=16.68 N ?m ，m y (F )=5.76 N ?m ，m z (F )=—7.20 N ?m ； m CD (F )=—15.36 N ?m ，m BC (F )=9.216 N ?m ； m D (F )= 16.68i ＋15.36j +3.04k N ?m 。 1-5 位于Oxy 平面内之力偶中的一力作用于（2,2）点，投影为F x ＝1，F y ＝－5，另一力作用于（4,3）点。试求此力偶之力偶矩。 答：m =11, 逆时针。 1-6 图示与圆盘垂直的轴OA 位于Oyz 平面内，圆盘边缘一点B 作用有切向的力F ，尺寸如图示。试求力F 在各直角坐标轴上的投影，并分别求出对x 、y 、z 三轴、OA 轴及O 点之矩。 答：F x =F cos ?，F y =—F sin ?cos θ，F z =F sin ?sin θ； m x (F )= Fa sin ?，m y (F )=F (a cos ?cos θ —r sin θ)， m z (F )=—F (a cos ?sin θ +r cos θ)； m OA (F )=—Fr ； m O (F )= Fa sin ?i ＋F (a cos ?cos θ —r sin ?θ)j —F (a cos ?sin θ+r cos θ)k 。

第一篇静力学 静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的一门科学。 静力学中所指的物体都是刚体。所谓刚体是指物体在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变，这是一种理想化的力学模型。b5E2RGbCAP “平衡”是指物体相对于惯性参考系<如地面）保持静止或作匀速直线运动的状态，是物体运动的一种特殊形式。 静力学主要研究以下三个问题： 1．物体的受力分析 分析物体共受几个力作用，每个力的作用位置及其方向。 2．力系的简化 所谓力系是指作用在物体上的一群力。如果作用在物体上两个力系的作用效果是相同的，则这两个力系互称为等效力系。用一个简单力系等效地替换一个复杂力系的过程称为力系的简化。力系简化的目的是简化物体受力，以便于进一步分析和研究。p1EanqFDPw 3．建立各种力系的平衡条件 刚体处于平衡状态时，作用于刚体上的力系应该满足的条件，称为力系的平衡条件。满足平衡条件的力系称为平衡力系。力系平衡条件在工程中有着特别重要的意义，是设计结构、构件和零件的静力学基础。DXDiTa9E3d 第一章静力学公理与物体受力分析 §1.1力的概念与分类 力是人们从长期生产实践中经抽象而得到的一个科学概念。例如，当人们用手推、举、抓、掷物体时，由于肌肉伸缩逐渐产生了对力的感性认识。随着生产的发展，人们逐渐认识到，物体运动状态及形状的改变，都是由于其它物体对其施加作用的结果。这样，由感性到理性建立了力的概念：力是物体间相互的机械作用，其作用结果是使物体运动状态或形状发生改变。RTCrpUDGiT

实践表明力的效应有两种，一种是使物体运动状态发生改变，称为力对物体的外效应；另一种是使物体形状发生改变，称为力对物体的内效应。在静力学部分将物体视为刚体，只考虑力的外效应；而在材料力学部分则将物体视为变形体，必须考虑力的内效应。5PCzVD7HxA 力是物体之间的相互作用，力不能脱离物体而独立存在。在分析物体受力时，必须注意物体间的相互作用关系，分清施力体与受力体。否则，就不能正确地分析物体的受力情况。jLBHrnAILg 由经验可知，力对物体的作用效果取决于三个要素：大小、方向、作用点。此即称为力的三要素。在国际单位制

第一章静力学基础 学习目标： 1.理解力、刚体、约束、约束力的概念和静力学公理。 2.掌握物体受力图分析。 静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学，主要解决两类问题：一是将作用在物体上的力系进行简化，即用一个简单的力系等效地替换一个复杂的力系，这类问题称为“力系的简化（或力系的合成）问题”；二是建立物体在各种力系作用下的平衡条件，这类问题称为“力系的平衡问题”。 静力学是建筑力学的基础，在土木工程实际中有着广泛的应用。它所研究的两类问题（力系的简化和力系的平衡），对于研究物体的受力和变形都有十分重要的意义。 力在物体平衡时所表现出来的基本性质，也同样表现于物体在一般运动的情形中。在静力学中关于力的合成、分解与力系简化的研究结果，可以直接应用于动力学。本章将阐述静力学中的一些基本概念、静力学公理、建筑工程上常见的典型约束力与约束反力，以及物体的受力分析。 第一节基本概念 一、力 力的概念是人们在生活和生产实践中，通过长期的观察、分析和总结而逐步形成的。当人们推动小车时，由于手臂肌肉的紧张和收缩而感受到了力的作用。这种作用不仅存在于人与物体之间，而且广泛地存在于物体与物体之间，例如机车牵引车辆加速前进或者制动时，机车与车辆之间、车辆与车辆之间都有力的作用。大量事实表明，力是物体（指广义上的物体，其中包括人）之间的相互作用，离开了物体，力就不可能存在。力虽然看不见摸不着，但它的作用效应完全可以直接观察，或用仪器测量出来。实际上，人们正是从力的效应来认识力本身的。

1.力的定义 力是物体之间相互的机械作用。由于力的作用，物体的机械运动状态将发生改变，同 时还引起物体产生变形。前者称为力的运动效应（或外效应）；后者称为力的变形效应（或 内效应）。在本课程中，主要讨论力对物体的变形效应。 2.力的三要素 实践表明，力对物体作用的效应，决定于力的大小、方向（包括方位和指向）和作用 点，这三个因素称为力的三要素。力的大小表示力对物体作用的强弱。力的方向包括力作 用线在空间的方位以及力的指向。力的作用点表示力对物体作用的位置。实际物体在相互 作用时，力总是分布在一定的面积或体积范围内，是分布力。如果力作用的范围很小，可 看成是作用在一个点上，该点就是力的作用点，建筑上称这种力为集中力。 在力的三要素中，如果改变其中任何一个要素，也就改变了力对物体的作用效应。例 如，沿水平面推一个木箱（图1-1）,当推力F 较小时，木箱不动，当推力F 增大到某一 数值时，木箱开始滑动。如果推力F 的指向改变了，变为拉力，则木箱将沿相反的方向滑 动。如果推力F 不作用在A 点而移到B 点，则木箱的运动趋势就不仅是滑动，而且可能绕 C 点转动（倾覆）。所以，要确定一个力，必须说明它的大小、方向和作用点，缺一不可。 （1）力是矢量。力是一个既有大小又有方向的量，力的合成与分解需要运用矢量的 运算法则，因此它是矢量（或称向量）。 （2）力的矢量表示。矢量可用一具有方向的线段来表示，如图1-2所示。用线段的 长度（按一定的比例尺）表示力的大小，用线段的方位和箭头指向表示力的方向，用线段 图1-1 图1-2

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、沿同一条直线。（ ） 二力构件是指两端用铰链连接并且只受两具力作用的构件。( ) 判断图中各受力图是否正确（正确的在图下括号内画√，不正确的画×，并将错误的地方改正。） 三力平衡定理是 。 A ．共面不平行的三个力互相平衡必汇交于一点 B ．共面三力若平衡，必汇交于一点 C ．三力汇交于一点，则这三个力必互相平衡 在下述原理、法则、定理中，只适用于刚体的有 。 A ．二力平衡原理； B ．力的平行四边形法则； Ｃ．加减平衡力系原理； Ｄ．力的可传性原理； Ｅ．作用与反作用定理。 如果力R F 是1F 、2F 二力的合力，用矢量方程表示为21F F F R +=，则三力大小之间的关 系为（ ） Ａ．必有21F F F R += Ｂ．不可能有21F F F R += Ｃ．必有1F F R >,2F F R > Ｄ．可能有1F F R <,2F F R < 二力平衡和作用反作用定律中的两个力，都是等值、反向、共线的，所不同的是 。 在平面约束中，由约束本身的性质就可以确定约束力方位的约束有 ，可以确定约束力方向的约束有 ，方向不能确定的约束有 （各写出两种约束）。 画出下列各图中A 、B 两处反力的方向（包括方位和指向）。

画出下列各图中指定物体的受力图。凡未特别注明者，物体的自重均不计，且所有的接触面都是光滑的。 作用在刚体上的两个力等效的条件是 。在作用在刚体上的力可沿其作用线任意移动，而不改变力对刚体的作用效果，所以，在静力学中，力是矢量。 答：× 答：× 答：×××× 答：B 答：A 答：D 答：所不同的是作用反作用定律中的两个力是作用在两个相互作用的物体上 答：光滑接触面、摩擦力，柔索、固定铰支座、固定端 答：略 答：略

思考题 1、力、力系、刚体、平衡的定义是什么？ 力是物体间相互的机械作用。 力系是指作用于物体上的一群力，它们组成一个力的系统。 刚体就是在任何外力作用下，大小和形状始终保持不变的物体。 平衡是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。 2、静力学研究的对象是什么？ 静力学的研究对象是刚体。 3、静力学公理的主要内容是什么？它们的推论有哪些？ ⑴二力平衡公理：作用在刚体上的两个力，大小相等，方 向相反，且作用在同一直线上，是刚体保持平衡的必要和充分条件。 ⑵加减平衡力系公理：在已知力系上加上或者减去任意一 个平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。 推论一力的可传性原理：作用在刚体上某点的力，可以 GAGGAGAGGAFFFFAFAF

GAGGAGAGGAFFFFAFAF 沿其作用线移向刚体内任一点，不会改变它对刚体的作用效应。 ⑶力的平行四边形法则：作用于刚体上同一点的两个力1 F 和2F 的合力R 也作用于同一点，其大小和方向由这两个力为边所构成的平行四边形的对角线来表示。

推论二三力平衡汇交定理：当刚体受同一平面内互不平行的三个力作用而平衡时，此三力的作用线必汇交于一点。 ⑷作用力与反作用力公理：两个物体之间的相互作用力一定大小相等、方向相反，沿同一作用线。 4、作用力与反作用力是一对平衡力吗？ 不是。作用力与反作用力是作用在两个物体上的，而一对平衡力则是作用在同一物体上的。 5、如图1－19所示，三铰拱架上的作用力F可否依据力的可传性原理把它移到D点？为什么？ 图1-19 思考题5 不可以。作用在刚体上某点的力可以沿作用线移动到同一刚体上，不能移到其它物体上。 6、二力平衡条件、加减平衡力系原理能否用于变形体？为什么？ GAGGAGAGGAFFFFAFAF

教案 专业：道路桥梁工程技术 课程：工程力学 教师：刘进朝 学期：2010-2011-1 教案首页 授课日期： 2010年 9 月 22 日授课班级：10211-10216

教学内容： 课题1 静力学基本知识与结构计算简图一、静力学基本概念

1.力的概念 ※定义：力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体的运动状态发生改变和变形状态发生改变。 ※力的三要素：大小，方向，作用点 集中力：例汽车通过轮胎作用在桥面上的力。 2.力系的概念 定义——指作用在物体上的一群力。 根据力系中各力作用线的分布情况可将力系分为平面力系和空间力系两大类。 若两个力系分别作用于同一物体上时，其效应完全相同，则称这两个力系为等效力系。 用一个简单的等效力系（或一个力）代替一个复杂力系的过程称为力系的简化。 力系的简化是工程静力学的基本问题之一。 3.刚体的概念：指在力的作用下，大小和形状都不变的物体。 4.平衡的概念 平衡——指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。 二、静力学基本公理 公理1：二力平衡公理。 作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，作用线共线，作用于同一个物体上（如图所示）。 （a）（b） 注意：①对刚体来说，上面的条件是充要的②对变形体来说，上面的条件只是必要条件 例如，如图所示之绳索 二力构件（二力杆）：在两个力的作用下保持平衡的构件。 例如，如图所示结构的直杆AB、曲杆AC就是二力杆。

（a）（b）（c） 公理2：加减平衡力系公理。 在作用于刚体的任意力系上，加上或减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。 加减平衡力系公理也只适用于刚体，而不能用于变形体。 推论1：力的可传性。 作用于刚体的力可沿其作用线移动而不致改变其对刚体的运动效应（既不改变移动效应，也不改变转动效应），如图所示。 因此，对刚体来说，力作用的三要素为：大小，方向，作用线 注意：（1）不能将力沿其作用线从作用刚体移到另一刚体。 （2）力的可传性原理只适用于刚体，不适用于变形体。 例如，如图（a）所示之直杆 （a）拉伸 （b）压缩 在考虑物体变形时，力失不得离开其作用点，是固定矢量。 公理3：力的平行四边形法则。 作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示，如图（a）所示。 F R=F1+F2 力的平行四边形法则可以简化为三角形法则，如图（b）所示，

1、选择题 （1）二力平衡条件适用的范围是（A ） A ．刚体 B ．刚体系统 刚体系统 C ．变形体 D ．任何物体或物体系统 二力平衡公理：作用在同一刚体上的两个力，使刚体保持平衡的充分必要条件是：两力等值、反向、共线。 应用平行四边形法则后，二力平衡公理：同一刚体上两点受力使刚体保持平衡的充分必要条件是：两点作用的合力（应用平行四边形法则）等值、反向、共线。 附注： 刚体系统： （1）—— a 变形体：对于作用在变形体上的 等值、反向、共线二力作用点的 不同将会产生不同的变形（尽管 该条件下变形体处于平衡）。 （1）—— b 任何物体或物体系统：物体包含 变形体见图（1）—— a ；物体 系统包含刚体系统图（1）—— b 。

（2）力的可传递性（A） A．适用于同一刚体 B．适用于刚体和变形体 C．适用于刚体系统 D．适用于同一刚体，又适用于刚体系统 力的可传递性定理：作用在（同一刚体）刚体上的力可沿其作用线滑移至（同一刚体）刚体上的任意点而不改变力（同一刚体）对刚体的作用效果。 附注： 适用于刚体和变形体：力的可传递性不适用于变形体。参见图（1）——b 。适用于刚体系统：力的可传递性不适用于刚体系统。参见图（1）——a 。

（3）如果力F R 是两个力的合力，用矢量表示为F R = F 1 + F 2。则其大小之间的关系为（D ） A ．必有F R = F 1 + F 2 B ．不可能有F R = F 1 + F 2 C ．必有F R > F 1 ，F R > F 2 D ．可能有F R < F 1 ，F R < F 2 如图所示。显然A 结论不成立。 如图所示。显然B 结论不成立。 如图所示。显然C 结论不成立。 如图所示。显然D 结论成立。 F F F R F R = F 1 + F 2 1 F R < F 1 + F 2 2 F R < F 2 F R > F 1 F F F R = 0 F R < F 1= F F R < F 2= F

第一章 静力学公理和物体的受力分析 一、要求 1、深入地理解力、刚体、平衡和约束等重要概念。 2、静力学公理（或力的基本性质）是静力学的理论基础，要求深入理解。 3、明确光滑接触面约束、柔性约束、光滑铰链约束的特征。 4、能正确地对单个物体与物体系进行受力分析。 二、重点、难点 重点： 1、力、刚体、平衡和约束等概念。 2、静力学公理。 3、柔性约束、光滑接触面、光滑铰链约束的特征及约束反力的画法。 4、单个物体及物体系的受力分析。 难点： 1、约束的概念，光滑铰链约束的特征。 2、物体系的受力分析。 三、学习指导 关于本章的概念：本章的概念较多，对这些概念的定义要明确，并深刻理解其意义。现将本章讲述的概念整理如下： 属于力的：力系，等效力系，合力，平衡力系，主动力，约束反力，作用力，反作用力，内力，外力。 属于物体的：变形体，弹性体，刚体，自由体，非自由体。

属于数学的：代数量，矢量（向量），单位矢量，定位矢量，滑动矢量。 静力学公理是最普遍、最基本的客观规律，是静力学的基础。要深入理解这五条公理与两条推理，要注意在什么条件下，变形体可以抽象为刚体，刚体的平衡条件对于变形体有无意义。 1、力的概念 力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体的机械运动状态发生改变。对于力的概念应注意以下两点： （1）分清施力物体和受力物体 （2）一定要先取分离体，再画受力图。现分述如下： 施力物体和受力物体 每一个力都是两个物体间相互的机械作用。其中，一个是施加力的物体，称为施力体；另一个是接受力的物体，称为受力体。受力体是研究对象。分析受力体受力时，要明确指出每一个力的施力体，要找出与受力体接触（包括约束）和有场（引力）作用的那些施力体；同时，将这些作用以力表示。 一定要先取分离体，再画受力图 取分离体实质上是暴露或显示物体之间相互作用的一种方法，只有把施力体和受力体分离开来，才能将他们之间的机械作用以力代替。另外，工程上所要分析的结构或机构往往很复杂，如果不取分离体来画受力图，对初学者，往往分不清施力体和受力体，分不清内力和外力，容易出错。因此，根据题目的要求，选定某个或某些刚体作为研究对象后，一定要画出分离体，在分离体上画出受力图，对此不应怕麻烦。 2、约束与约束反力 关于约束反力，要弄清楚： （1）约束反力的方向怎样确定？ （2）约束反力的大小怎样确定？ 前一个问题一般在画受力图时解决；后一个问题则是在画好受力图后才能解决。在静力学问题中，约束反力的大小要由平衡条件确定，而约束反力的方向一般由约束的结构形式确定。“约束反力的方向必与该约束所能够阻碍的运动方向相反”。下面依据这个准则，对几种基本类型的约束作进一步的讨论： 具有光滑接触表面的约束 除教材所举的几例外，再讨论几种情况。 (a所示，其约束反力沿约束表面的法线方向。（1）物体的尖端与光滑面接触，如图1-1)

. 第一章静力学的基本概念和公理 一，填空题 1，力对物体的作用效果取决于力的，，，这三者称为力的三要素。 力的外效应是指力使物体的发生改变，力的内效应是指力使物体的 发生改变。 力是物体间的相互作用，它可以使物体的_____________发生改变，或使物体产生___________。2，物体的平衡是指物体相对于地球保持或状态。 3，在力的作用下和都保持不变的的物体称为刚体。 4，对物体的运动或运动趋势起限制作用的各种装置称为。 5，常见的铰链约束有和。 约束反力恒与约束所能限制的物体运动（趋势）方向。 6，刚体受到两个力作用而平衡，其充要条件是这两个力的大小， 作用线。 7，作用力和反作用力是两个物体间的相互作用力，它们一定，， 分别作用在。 作用在刚体上的力可沿其作用线任意移动,而_______________力对刚体的作用效果.所以,在静力学中,力是________________的矢量. 9力对物体的作用效果一般分为__________效应和___________效应. 10对非自由体的运动所预加的限制条件为_____________;约束反力的方向总是与约束所能阻止的物体的运动趋势的方向_____________;约束反力由_____力引起,且随_______________力的改

变而改变. 9柔性约束对物体只有沿_________的___________力。 10，铰链约束分为_________和_________。 11，光滑面约束力必过_________沿_________并指向______________的物体。 12，活动铰链的约束反力必通过___________并与___________相垂直。 资料． . 表示一个力对物体转动效果的度量称为_________，其数学表达式为_________。 14、力偶是指______________________________________________________。 15，力偶对物体的转动效应取决于_______________、________________、_______________三要素。 力偶对其作用平面内任何一点这矩恒等于它的_________，而与_________位置选择无关。 20、平面内两个力偶等效的条件是这两个力偶的__________________；平面力偶平衡的充要条件是___________________。 二，判断题：（判断正误并在括号内填√或×） 1，力的三要素中只要有一个要素不改变，则力对物体的作用效果就不变。（） 2，刚体是客观存在的，无论施加多大的力，它的形状和大小始终保持不变。（） 3，如物体相对于地面保持静止或匀速运动状态,则物体处于平衡。( ) 4，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、沿同一条直线。( ) 5，静力学公理中,二力平衡公理和加减平衡力系公理适用于刚体。( )

第一章静力学公理和物体的受力分析 [1-1] 下列说法是否正确： A．处于平衡状态的物体可视为刚体。 B．变形微小的物体可视为刚体。 C．在研究物体机械运动时，物体的变形对所研究问题没有影响，或影响甚微，此时物体可视为刚体。D．在任何情况下，任意两点的距离保持不变的物体为刚体。 [1-2] 下列说法是否正确： A．力是滑动矢量，可沿作用线移动。 B．力对物体的作用效应分为外效应(运动效应)和内效应(变形效应)，理论力学中主要研究的是力的外效应。[1-3] 力对物体的作用效应一般分为外效应和内效应，平衡力系对刚体的作用效应是什么? [1-4] 用矢量能完整地表示力的三要素吗? [1-5] 说明下列式子与文字的意义和区别： [1-6] 试区别两个等式代表的意义。 [1-7] 为什么说二力平衡条件、加减平衡力系原理和力的可传性都只能适用于刚体? [1-8] 若物体受到两个等值、反向、共线的力的作用，此物体是 否一定平衡? [1-9] 4根无重杆件铰接如图所示。现在B，D两点加一对等值、 反向、共线的力。此系统是否能够平衡?为什么? [1-10] 力的可传性的适用范围是什么? [1-11] 力的平行四边形法则、作用和反作用定律的适用范围分别 是什么? 题1—9图 [1—12] 二力平衡条件与作用力和反作用力定律都是二力等值、反向、共线，二者有什么区别? [1—13] 如果物体在某个平衡力系作用下处于平衡，那么再加上一个平衡力系，该物体是否一定仍处于平衡状态?需要什么条件? [1—14] 作用在平衡物体上的力系是否一定是平衡力系? [1—15] 刚体上A点受力F作用，如图所示，问能否在B点加一个力使刚体平衡?为什么? 题1—15图题1—16图 [1-16] 作用在同一刚体上的两个力等效的条件是什么?图中力F A与F B相等，问这两个力对刚体的作用效果是否相同? [1-17] 图示四种情况，力F对刚体的作用效果是否相同? 题1—17图

只限自己使用，请不要传播 —— 李鹏程 第一章 静力学基础 一、是非判断题 1.1 ( ∨ ) 1.2 ( × ) 1.3 ( × ) 1.4 ( ∨ ) 1.5 ( × )1.6 ( × ) 1.7 ( × ) 1.8 ( ∨ ) 1.9 ( × ) 1.10 ( × )1.11 ( × ) 1.12 ( × ) 1.13 ( ∨ ) 1.14 ( × ) 1.15 ( ∨ )1.16 2.1 2.2 2.3 外 内 。 2.4 约束 ； 相反 ； 主动 主动 。2.5 3 ， 2.6 力偶矩代数值相等（力偶矩的大小相等，转向相同） 。 三、选择题 3.1 (c) 。3.2 A 。 3.3 D 。3.4 D 。3.5 A 。3.6 B 。3.7 C 。 3.8 四、计算题 4.1 4.2 (e) (d) (a) mm KN F M ?-=18030)(mm KN F M ?=-=3.2815325)(20mm KN F M ?-=2521 0.)(01=)(F M x m N F M y ?-=501)(01=)(F M z

只限自己使用，请不要传播 —— 李鹏程 五 、受力图 5.1 5.2 (a) (b) B B (b) (c) P 2 (d) m N F M x ?-=2252)(m N F M y ?-=2252)(m N F M z ?=2252)(m N F M x ?=2253)(m N F M y ?-=2253)(m N F M z ?=2253)(

只限自己使用，请不要传播 —— 李鹏程 5.3 LDAYtRyK (1) 小球 (2) 大球 (3) 两个球合在一起 P 2 P 1 A C B (a) (1) AC 杆 (2) CB 杆 (3)整体 (1) AC 段梁 (2) CD 段梁 (3)整体 (1) AB 杆 (2) CD 杆 (3)整体

第一章.静力学公理和物体的受力分析 全国2008年1月高等教育自学考试 工程力学（一）试题 1．光滑面对物体的约束力，作用在接触点处，方向沿接触面的公法线，且（）A．指向受力物体，恒为拉力B．指向受力物体，恒为压力 C．背离受力物体，恒为拉力D．背离受力物体，恒为压力 2．力的可传性原理是指作用于刚体上的力可在不改变其对刚体的作用效果下（）A．平行其作用线移到刚体上任一点B．沿其作用线移到刚体上任一点 C．垂直其作用线移到刚体上任一点D．任意移动到刚体上任一点 11.使物体运动或产生运动趋势的力称为_______________ .画出题33图所示组合梁中AB梁和CD梁的受力图。设C处光滑。 全国2007年10月高等教育自学考试 工程力学(一)试题 1．图示杆的重量为P，放置在直角槽内。杆与槽为光滑面接触，A、B、C为三个接触点，则该杆的正确受力图是( )

11.图示光滑固定凸轮B对圆轮A的约束反力，其方向沿 接触面的_____，且指向圆轮A，作用在接触点处。 国2007年1月高等教育自学考试 工程力学（一）试题 1.力的可传性原理适用于（） A.一个刚体 B.多个刚体 C.变形体 D.由刚体和变形体组成的系统 3.三直角折杆AB、BC、BD连接如题3图示，不计自重。其中属二力杆的杆件是（） A.AB杆 B.BC杆 C.AB杆和BC杆 D.BD杆 11．作用于刚体上的力，可沿其作用线任意移动其作用点，而不改变该力对刚体的作用效果，称为力的_________。 12．二力构件上的两个力，其作用线沿该两个力_________的连线。 全国2006年10月高等教育自学考试 工程力学（一）试题

第一章静力学公理和物体的受力分析 一、要求 1、深入地理解力、刚体、平衡和约束等重要概念。 2、静力学公理（或力的基本性质）是静力学的理论基础，要求深入理解。 3、明确光滑接触面约束、柔性约束、光滑铰链约束的特征。 4、能正确地对单个物体与物体系进行受力分析。 二、重点、难点 重点： 1、力、刚体、平衡和约束等概念。 2、静力学公理。 3、柔性约束、光滑接触面、光滑铰链约束的特征及约束反力的画法。 4、单个物体及物体系的受力分析。 难点： 1、约束的概念，光滑铰链约束的特征。 2、物体系的受力分析。 三、学习指导 关于本章的概念：本章的概念较多，对这些概念的定义要明确，并深刻理解其意义。现将本章讲述的概念整理如下： 属于力的：力系，等效力系，合力，平衡力系，主动力，约束反力，作用力，反作用力，内力，外力。 属于物体的：变形体，弹性体，刚体，自由体，非自由体。． 属于数学的：代数量，矢量（向量），单位矢量，定位矢量，滑动矢量。 静力学公理是最普遍、最基本的客观规律，是静力学的基础。要深入理解这五条公理与两条推理，要注意在什么条件下，变形体可以抽象为刚体，刚体的平衡条件对于变形体有无意义。 1、力的概念 力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体的机械运动状态发生改变。对于力的概念应注意以下两点： （1）分清施力物体和受力物体 （2）一定要先取分离体，再画受力图。现分述如下： 施力物体和受力物体 每一个力都是两个物体间相互的机械作用。其中，一个是施加力的物体，称为施力体；另一个是接受力的物体，称为受力体。受力体是研究对象。分析受力体受力时，要明确指出每一个力的施力体，要找出与受力体接触（包括约束）和有场（引力）作用的那些施力体；同时，将这些作用以力表示。 一定要先取分离体，再画受力图