理论力学-概念受力分析

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一、正确地理解力的概念

力是力学中最基本、最重要的一个概念。学习力学应注意的五点：

1. 力是一种作用

当物体间发生了作用才会产生力。如果物体之间没有发生作用，就没有力的产生。例如，平放在水平桌面上的两块砖之间。

2. 力不能离开物体而存在

发生力的作用时，一定有两个或两个以上的物体，孤立的一个物体不存在力的作用。没有施力物体或受力物体，这个力是不存在的。

3. 物体间力的作用是相互的

施力物体给受力物体一个作用力时，受力物体也给施力物体一个反作用力。受力物体同时也是施力物体。施力物体同时也是受力的物体，物体间力的作用是同时产生，同时消失的，没有先后之分。

4. 力的作用效果

(1) 可以使物体的体积、形状发生改变。

(2) 力可以改变物体的运动状态。

5. 力是矢量

任何一个力都是有方向的。大小相同，方向不同的力是不同的力。两个力只有在大小相等，方向相同时才能说是相等的。力的矢量性在讨论力的作用效果时起着重要的作用。

二、力学中的几种常见力

1. 重力

由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力。 物体所受到的重力作用点是物体的重心。物体的重心不一定都在物体上，质量分布均匀、形状规则物体的重心在它的几何中心。对于质量分布不均匀、形状不规则的物体的重心，可用悬挂法或支撑法来确定它的重心位置。

物体所受重力的大小跟物体的质量成正比，即G=mg。在同一个地点g值是一个不变的常数，而在不同地点g值不同，所以物体所受重力随其所在地球上纬度的不同而改变；随物体所在高度的不同而改变。

2. 弹力

固体在力的作用下所发生的形状和体积的变化，叫做形变。外力撤去后，能恢复原来形状和体积的形变叫弹性形变。但固体的弹性形变是有限度的，▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌精诚凝聚 =^_^= 成就梦想 ▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌

理 论 力 学 绪 论

理论力学：是研究物体机械运动一般规律的科学。

机械运动：物体在空间的位置随时间的改变。

静力学：主要研究受力物体平衡时作用力所应满足的条件；同时也研究物体受力的分析方法，以及力系简化的方法。

运动学：只从几何的角度来研究物体的运动（如轨迹、速度、加速度等），而不研究引起物体运动的物理原因。

动力学：研究受力物体的运动和作用力之间的关系。

静 力 学 引 言

静力学是研究物体的受力分析、力系的等效替换（或简化）、建立各种力系的平衡条件的科学。

１．静力学研究的三个问题

⑴物体的受力分析：分析物体（包括物体系）受哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力图。

⑵力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系等效代替一个复杂力系。

⑶建立各种力系的平衡条件：建立各种力系的平衡条件，并应用这些条件解决静力学实际问题。

２．基本概念

平衡：物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直线运动。

质点：具有质量,而其形状、大小可以不计的物体。

质点系：具有一定联系的若干质点的集合。

刚体：在力的作用下，其内部任意两点间的距离始终保持不变的物体。

力：物体间相互的机械作用，作用效果使物体的机械运动状态发生改变。

力的三要素：大小、方向和作用线。

力系：是指作用在物体上的一群力。

等效力系：对同一刚体产生相同作用效应的力系。

合力：与某力系等效的力。

平衡力系：对刚体不产生任何作用效应的力系。

共点力系：力的作用线汇交于一点。

平面汇交（共点）力系：力的作用线在同一平面内。

空间汇交（共点）力系：力的作用线不在同一平面内。

力系的分类：按作用线所在的位置，分为平面力系和空间力系；按作用线之间的相互关系，分为共线力系、平行力系、汇交力系和任意力系。

第一篇 静力学

第1 章静力学公理与物体的受力分析

1.1 静力学公理

公理1 二力平衡公理 ：作用于刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等、方向相反且作用于同一直线上。 F=-F’

工程上常遇到只受两个力作用而平衡的构件，称为二力构件或二力杆。

公理 2 加减平衡力系公理 ：在作用于刚体的任意力系上添加或取去任意平衡力系，不改变原力系对刚体的效应。

推论 力的可传递性原理 ：作用于刚体上某点的力，可沿其作用线移至刚体内任意一点，而不改变该力对刚体的作用。

公理3 力的平行四边形法则 ：作用于物体上某点的两个力的合力，也作用于同一点上，其大小和方向可由这两个力所组成的平行四边形的对角线来表示。

推论 三力平衡汇交定理 ：作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三个力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。

公理4 作用与反作用定律 ：两物体间相互作用的力总是同时存在，且其大小相等、方向相反，沿着同一直线，分别作用在两个物体上。

公理5 钢化原理 ：变形体在某一力系作用下平衡，若将它钢化成刚体，其平衡状态保持不变。对处于平衡状态的变形体，总可以把它视为刚体来研究。

1.2 约束及其约束力

１．柔性体约束

２．光滑接触面约束

３．光滑铰链约束

第2章 平面汇交力系与平面力偶系

1. 平面汇交力系合成的结果是一个合力,合力的作用线通过各力作用线的汇交点,其大小和方向可由失多边形的封闭边来表示,即等于个力失的矢量和,即FR=F1+F2+…..+Fn=∑F

2. 矢量投影定理：合矢量在某轴上的投影，等于其分矢量在同一轴上的投影的代数和。

3. 力对刚体的作用效应分为移动和转动。力对刚体的移动效应用力失来度量；力对刚体的转动效应用力矩来度量，即力矩是度量力使刚体绕某点或某轴转动的强弱程度的物理量。（Mo（F）=±Fh）

（流体力学）流体的受力分析

第一部分? 流体的受力分析

(一) 静力学的研究内容

研究流体在外力作用下处于静止状态时的力学规律。通过受力分析可知：静力学主要是获得静止状态下的压强，即静压强。进一步把面积考虑进去，获得与流体相互作用的固体壁面所受到时的流体作用力。

(二) 控制体的选择

1. 控制体的定义

流场中，用几何边界所围成的固定空间区域称为控制体，它是流体力学的研究对象．

流体静力学中，把控制体又称为隔离体．

(三) 流体的受力

控制体中流体质点的受力总体上可分为表面力和质量力两类．

1. 表面力（Surface Force）

(1) 定义

通过接触界面作用于控制体中流体质点上的力称为表面力，又称之为接触力．如一容器内盛有水，其中壁面对所盛流体的约束力及作用于液体自由表面的大气压力等都均属于表面力

(3) 实质

?? 虽然质量力属于“力”的概念，而加速度属于“运动”的概念，但单位质量的质量力就是加速度，在这里＂动＂与＂力＂合二为一．

(四) 静止状态及静止状态时的受力分析

1. 静止状态

(1) 含义 相对于所选定的坐标系，流体不移动、不转动及不变形，称为静止状态或平衡状态。

(2) 分类

A. 绝对静止：相对于惯性坐标系，如地面，流体处于静止状态；

B. 相对静止：相对非惯性坐标系，流体处于静止状态。

2. 静止状态时的受力分析

(1) 表面力：流体处于静止状态时，内部无相对运动，则流体内部各处切应力为零，流体不呈现出黏性，即表面力中只存在压强。

(2) 质量力：若处于重力场下，单位质量力为重力加速度；若还处于惯性力场下，则单位质量力还应包括惯性加速度等。一般不考虑电磁场作用。

(五) 静压强

1. 含义

流体处于静止状态下所受到的压强，称为静压强，区别于流体运动状态下的所谓动压强。