理论力学基本概念公理

想学好理论力学局必须总结好好总结，学习静力学基础静力学是研究物体平衡一般规律的科学。

这里所研究的平衡是指物体在某一惯性参考系下处于静止状态。

物体的静止状态是物体运动的特殊形式。

根据牛顿定律可知，物体运动状态的变化取决于作用在物体上的力。

那么在什么条件下物体可以保持平衡，是一个值得研究并有广泛应用背景的课题，这也是静力学的主要研究内容。

本章包括物体的受力分析、力系的简化、刚体平衡的基本概念和基本理论。

这些内容不仅是研究物体平衡条件的重要基础，也是研究动力学问题的基础知识。

一、力学模型在实际问题中，力学的研究对象（物体）往往是十分复杂的，因此在研究问题时，需要抓住那些带有本质性的主要因素，而略去影响不大的次要因素，引入一些理想化的模型来代替实际的物体，这个理想化的模型就是力学模型。

理论力学中的力学模型有质点、质点系、刚体和刚体系。

质点：具有质量而其几何尺寸可忽略不计的物体。

质点系：由若干个质点组成的系统。

刚体：是一种特殊的质点系，该质点系中任意两点间的距离保持不变。

刚体系：由若干个刚体组成的系统。

对于同一个研究对象，由于研究问题的侧重点不同，其力学模型也会有所不同。

例如：在研究太空飞行器的力学问题的过程中，当分析飞行器的运行轨道问题时，可以把飞行器用质点模型来代替；当研分析飞行器在空间轨道上的对接问题时，就必须考虑飞行器的几何尺寸和方位等因素，可以把飞行器用刚体模型来代替。

当研究飞行器的姿态控制时，由于飞行器由多个部件组成，不仅要考虑它们的几何尺寸，还要考虑各部件间的相对运动，因此飞行器的力学模型就是质点系、刚体系或质点系与刚体系的组合体。

二、 基本定义力是物体间相互的机械作用，从物体的运动状态和物体的形状上看，力对物体的作用效应可分为下面两种。

外效应：力使物体的运动状态发生改变。

内效应：力使物体的形状发生变化（变形）。

对于刚体来说，力的作用效应不涉及内效应。

刚体上某个力的作用，可能使刚体的运动状态发生变化，也可能引起刚体上其它力的变化。

1、静力学——研究物体在力系作用下平衡的规律。

2、运动学——从几何角度研究物体的运动。

（如轨迹、速度、加速度等，不涉及作用于物体上的力）3、动力学——研究受力物体的运动与作用力之间的关系。

静力学（一）第一个知识点(静力学公理)公理1——力的平行四边形法则（省略）公理2——二力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，且在同一直线上。

对变形体是必要条件，并非充分条件。

例：链条或绳索，受拉平衡，受压不平衡。

公理3——加减平衡力系公理在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。

这个公理是研究力系等效变换的重要依据。

推理1——力的可传性作用于刚体．．上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。

推理2——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——作用和反作用定律作用力和反作用力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反，沿着同一直线，分别作用在两个相互作用的物体上。

公理5——刚化原理辨析：（1）作用力与反作用力；二力平衡的关系。

（2）刚体和变形体的区别题目：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。

（ T ）②刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件，而非充分条件。

（ T ）（二）第二个知识点(约束与约束反力)1、具有光滑接触表面的约束约束力：作用在接触点处，方向沿接触表面的公法线，并指向被约束的物体，称为法向约束力，通常以F N表示。

2、柔软的绳索、链条、胶带等这类约束本身只能承受拉力。

约束力：作用在接触点，方向沿绳索背离物体，常用F或F T表示。

3、光滑铰链这类约束有向心轴承、圆柱形铰链和固定铰链支座等(1) 向心轴承(径向轴承)约束力：方向随主动力改变，作用线必垂直于轴线并过轴心。

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F R=F1+F2+…..+Fn=∑F2.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）4.把作用在同一物体上大小相等、方向相反、作用线不重合的两个平行力所组成的力系称为力偶，记为（F,F’）。

理论力学的基本概念与原理理论力学是物理学的重要分支，它研究物体的运动规律和力的作用原理。

本文将介绍理论力学的基本概念与原理，包括质点与刚体的运动、牛顿三大定律、动能定理和动量守恒定律。

一、质点与刚体的运动在理论力学中，质点与刚体被认为是物体的简化模型。

质点是不具有大小和形状的点，刚体则是一个不变形的物体。

质点的运动可以用坐标表示，而刚体的运动则包括平动和转动。

二、牛顿三大定律牛顿三大定律是理论力学的基石，它们描述了物体的运动规律和力的作用原理。

1. 第一定律：也称为惯性定律，它表明物体在不受力作用时将保持静止或匀速直线运动。

2. 第二定律：也称为动力学定律，它表明物体的加速度与作用在物体上的力成正比，与物体的质量成反比。

即F=ma，其中F表示作用力，m表示物体的质量，a表示物体的加速度。

3. 第三定律：也称为作用-反作用定律，它表明任何两个物体之间都会相互施加大小相等、方向相反的作用力。

三、动能定理动能定理描述了力对物体进行功的过程。

根据动能定理，物体的变动动能等于作用在物体上的合外力所做的功。

动能定理可以用公式表示为：W=ΔKE，其中W表示外力所做的功，ΔKE表示物体动能的变化量。

四、动量守恒定律动量守恒定律是理论力学中的一个重要原理，它描述了系统的总动量在没有外力作用时将保持不变。

根据动量守恒定律，一个系统中各个物体的动量之和在碰撞或相互作用前后保持不变。

综上所述，理论力学的基本概念与原理包括质点与刚体的运动、牛顿三大定律、动能定理和动量守恒定律。

通过研究这些基本概念和原理，我们能够更好地理解和描述物体的运动规律和力的作用原理。

理论力学在解决力学问题、预测物体运动、设计工程等方面具有重要的应用价值。

希望本文对读者理解和掌握理论力学有所帮助。

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。

第一章静力学公理和物体的受力分析§1-1 静力学公理公理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。

第一章静力学公理和物体的受力分析静力学的基本概念、公理及物体的受力分析是研究静力学的基础。

本章将介绍刚体与力的概念及静力学公理，并阐述工程中常见的约束和约束反力的分析。

最后介绍物体的受力分析及受力图，它是解决力学问题的重要环节。

§1-1 刚体和力的概念1．刚体的概念所谓刚体是指这样的物体，在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变。

这是一个理想化的力学模型。

实际物体在力的作用下，都会产生程度不同的变形。

但是，这些微小的变形，对研究物体的平衡问题不起主要作用，可以略去不计，这样可使问题的研究大为简化。

但是不应该把刚体的概念绝对化。

例如，在研究飞机的平衡问题或飞行规律时，我们可以把飞机看作刚体;可是在研究飞机的颤振问题时，机翼等的变形虽然非常微小，但必须把飞机看作弹性体。

还有，在计算某些工程结构时，如果不考虑它们的变形，而仍使用刚体的概念，则问题将成为不可解的。

理论力学中，静力学研究的物体只限于刚体，故又称刚体静力学，它是研究变形体力学的基础。

2．力的概念力的概念是从劳动中产生的。

人们在生活和生产中，由于肌肉紧张收缩的感觉，逐渐产生了对力的感性认识。

随着生产的发展，又逐渐认识到:物体的机械运动状态的改变(包括变形)，都是由于其它物体对该物体施加力的结果。

这样，逐步由感性到理性，建立了抽象的力的概念。

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变化。

物体之间的机械作用，大致可分为两类，一类是接触作用，例如:机车牵引车厢的拉力，物体之间的挤压力等。

另一类是"场"对物体的作用，例如:地球引力场对物体的引力，电场对电荷的引力或斥力等。

尽管各种物体间相互作用力的来源和性质不同，但在力学中将撇开力的物理本质，只研究各种力的共同表现，即力对物体产生的效应。

力对物体产生的效应一般可分为两个方面:一是物体运动状态的改变，另一个是物体形状的改变。

通常把前者称为力的运动效应，后者称为力的变形效应。