第4章空间力系分解
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第四章 空间力系作用在物体上各力的作用线不在同一平面内,称该力系为空间力系。
按各力的作用在空间的位置关系,空间力系可分为空间汇交力系、空间平行力系和空间任意力系。
前几章介绍的各种力系都是空间力系的特例。
第一节 力的投影与分解一、力在空间直角坐标轴上的投影已知力F 与x 轴如图4-1(a)所示,过力F 的两端点A 、B 分别作垂直于x 轴的平面M 及N ,与x 轴交于a 、b ,则线段ab 冠以正号或负号称为力F 在x 轴上的投影,即F x =±ab符号规定:若从a 到b 的方向与x 轴的正向一致取正号,反之取负号。
已知力F 与平面Q ,如图4-1(b)所示。
过力的两端点A 、B 分别作平面Q 的垂直线AA ′、BB ′,则矢量B A ''称为力F 在平面Q 上的投影。
应注意的是力在平面上的投影是矢量,而力在轴上的投影是代数量。
(a) (b)图4- 1图4-2现在讨论力F 在空间直角坐标系Oxy 中的情况。
如图4-2(a)所示,过力F 的端点A 、B 分别作x 、y 、z 三轴的垂直平面,则由力在轴上的投影的定义知,OA 、OB 、O C 就是力F 在x 、y 、z 轴上的投影。
设力F 与x 、y 、z 所夹的角分别是α、β、γ,则力F 在空间直角坐标轴上的投影为:⎪⎭⎪⎬⎫±=±=±=γβαcos cos cos F F F F F F z y x (4-1)用这种方法计算力在轴上的投影的方法称为直接投影法。
一般情况下,不易全部找到力与三个轴的夹角,设已知力F 与z 轴夹角为γ ,可先将力投影到坐标平面Oxy 上,然后再投影到坐标轴x 、y 上,如图4-2(b )所示。
设力F 在Oxy 平面上的投影为F xy 与x 轴间的夹角为θ,则⎪⎭⎪⎬⎫±=±=±=γθγθγcos sin sin cos sin F F F F F F z y x (4-2)用这种方法计算力在轴上的投影称为二次投影法。
第四章空间力系一、要求1、能熟练地计算力在空间直角坐标轴上的投影和力对轴之矩。
2、对空间力偶的性质及其作用效应要有清晰的理解。
3、了解空间力系向一点简化的方法和结果。
4、能应用平衡条件求解空间汇交力系、空间任意力系、空间平行力系的平衡问题。
5、能正确地画出各种常见空间约束的约束反力。
二、重点、难点1、本章重点:力在空间直角坐标轴上的投影和力对轴之矩。
空间汇交力系、空间任意力系、空间平行力系的平衡方程的应用。
各种常见的空间约束及约束反力。
2、本章难点:空间矢量的运算,空间结构的几何关系与立体图。
三、学习指导1、空间力系的基本问题及其研究方法空间力系研究的基本问题仍然是静力学的三个基本问题,即:物体的受力分析、力系的等效替换和力系的平衡条件。
空间力系是力系中最普遍的情形,其它各种力系都是它的特殊情形。
按由浅入深、由特殊到一般的认识规律研究空间力系,是从理论上对静力学作一个系统而完整的总结。
与平面力系的研究方法相似,这里也采用力向一点平移的方法将空间任意力系分解为空间汇交力系和空间力偶系,再应用这两个力系的合成方法来简化原力系,然后根据简化结果推导出平衡条件。
由于空间力系各力作用线分布在空间,因而使问题复杂化。
出现了力在坐标轴上的二次投影法、力对轴的矩以及用向量表示力对点的矩和力偶矩等新问题,简化的结果和平衡方程也复杂了。
2、各类力系的平衡方程各类力系的独立的平衡方程的数目不变。
但是平衡方程的形式可以改变。
上表列出的是一般用形式。
解题指导1、对于解力在直角坐标轴上投影或力沿直角坐标轴分解这类问题,重要的是确定力在空间的位置。
一般解题的思路如下:(1)认清题意,仔细查看结构(或机构)的立体图,它由哪些部件组成,各部件在空间的位置,以及它们和坐标轴的关系。
(2)认清力的作用线在结构(或机构)的哪个平面内,寻找它与坐标面的交角,然后找力与坐标平面的夹角及力与坐标轴的夹角。
(3)考虑用一次投影或二次投影的方法求解。
第一章静力学公理与受力分析(1)一.是非题1、加减平衡力系公理不但适用于刚体,还适用于变形体。
()2、作用于刚体上三个力的作用线汇交于一点,该刚体必处于平衡状态。
()3、刚体是真实物体的一种抽象化的力学模型,在自然界中并不存在。
()4、凡是受两个力作用的刚体都是二力构件。
()5、力是滑移矢量,力沿其作用线滑移不会改变对物体的作用效果。
()二.选择题1、在下述公理、法则、原理中,只适于刚体的有()①二力平衡公理②力的平行四边形法则③加减平衡力系公理④力的可传性原理⑤作用与反作用公理三.画出下列图中指定物体受力图。
未画重力的物体不计自重,所有接触处均为光滑接触。
多杆件的整体受力图可在原图上画。
)a(球A )b(杆ABd(杆AB、CD、整体)c(杆AB、CD、整体))e(杆AC、CB、整体)f(杆AC、CD、整体四.画出下列图中指定物体受力图。
未画重力的物体不计自重,所有接触处均为光滑接触。
多杆件的整体受力图可在原图上画。
)a(球A、球B、整体)b(杆BC、杆AC、整体第一章 静力学公理与受力分析(2)一.画出下列图中指定物体受力图。
未画重力的物体不计自重,所有接触处均为光滑接触。
多杆件的整体受力图可在原图上画。
WADB CE Original FigureAD B CEWWFAxF AyF BFBD of the entire frame)a (杆AB 、BC 、整体)b (杆AB 、BC 、轮E 、整体)c (杆AB 、CD 、整体)d (杆BC 带铰、杆AC 、整体)e(杆CE、AH、整体)f(杆AD、杆DB、整体)g(杆AB带轮及较A、整体)h(杆AB、AC、AD、整体第二章平面汇交和力偶系一.是非题1、因为构成力偶的两个力满足F= - F’,所以力偶的合力等于零。
()2、用解析法求平面汇交力系的合力时,若选用不同的直角坐标系,则所求得的合力不同。
()3、力偶矩就是力偶。
()二.电动机重P=500N,放在水平梁AC的中央,如图所示。