理论力学静力学基本概念和公理
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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’)。
静力学知识要点绪论:1.理论力学研究对象:刚体;物体的运动效应(外效应)。
静力学:物体在力的作用下保持平衡条件;2. 三部分内容的研究对象:运动学:只从几何角度研究物体的运动,不研究其运动产生的原因;动力学:研究受力物体力与运动之间的关系;静力学第一章静力学公理和物体受力分析1.四大公理和二大推论的具体内容。
(熟记+理解)2.二力杆的正确判断,受力方向的确定。
3.三力平衡汇交定理的应用。
4.各种常用的约束和约束反力(I)光滑接触面约束作用点在接触点,方向沿公法线,指向受力物体,受压。
(II)柔索约束作用点在接触点,方向沿绳索背离物体,受拉。
(III)光滑圆柱铰链约束a)中间铰:方向不定用两个正交分力来表示;FxFb)固定铰:方向不定用两个正交分力来表示;Fc)滚动铰支座:限制法线方向运动,通过铰链中心垂直于支撑面,指向不定;N F(IV) 轴承约束a) 向心轴承:方向不定,用两个正交分力来表示;FFb) 止推轴承:三个正交分力;y Fz Fx F(V) 固定端约束:5. 正确画出物体或整体的受力分析图:例题1-1,1-2,1-4(注意内力\外力,作用力\反作用力;正确识别二力杆);6. P21页 思考题 1-2、3、4 作业题:1-1(c 、e 、f 、j )、1-2(c 、f )第二章 平面力系几何条件:力多边形自行封闭;1. 平面汇交力系平衡条件 解析条件: Fx ∑=0Fy ∑=02. 应用平衡条件解题(例题2-3)3. 平面力偶系 力矩的定义,方向判别(为负)平行也无合力。
平面力偶的的两个要素:力偶矩的大小;力偶的转向。
力偶的等效定理:力偶可在平面内任意移动,只要力偶矩的大小、方向不变。
i M ∑=0. 具体应用(例题2-5、2-6)4. 平面任意力系的简化 力的平移定理 P39 简化结果讨论 P41-425. 平面 充要条件:R F =0, Mo=0任意 平衡方程:一矩式:Fx ∑=0 Fy ∑=0()O M F ∑=0 (0点任意取) 力系 二矩式:()A M F ∑=0()B M F ∑=0 Fx ∑=0 (x 不垂直AB 连线) 平衡 : ()A M F ∑=0 ()B M F ∑=0()C M F ∑=0(ABC 不共线) P45 例2-8、2-96. 均布载荷 —— 集中力 大小: 围成图形的面积方向:与q 一致作用点:围成图形的几何中心ql l 31 ql 21q =F 7. 物系的平衡 静定/超静定判别未知量多物系平衡求解思路:以整体为对象———— 选个体为对象求个别未知量具体应用:P51. 例2-11、2-12、2-168. 桁架的内力计算 节点法 例2-18截面法 例 2-199.各种平面力系独立平衡方程数目: 平面任意力系(3个);平面汇交力系(2个);平面力偶系(1个);平面平行力系(2个)各种约束 分析力系类型10.静力学步骤:研究对象 画受力分析 列方程 求解 类型反力确定 确定独立方程数目思考题:P61 2-2、2-3、2-5作业题:2-1、2-3、2-7、2-8c 、2-12、2-14b 、2-20、2-21、2-51、2-57第三章 空间力系1. 空间汇交力系 力在坐标轴上的投影 平衡条件:∑Fx=0、∑Fy=0、∑Fz=0P81 例3-2、3-32. 空间力对点之矩和力对轴之矩力对点之矩:()M O ⨯= 为矢量力多轴之矩:x y yF x —F M Z =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ P84 公式3-12 例3-4 ()[]()M F M Z Z =0 Z 必须经过O 点3. 空间力偶 AB ⨯=r 三要素:力偶矩大小;力偶矢量方向(与作用面垂直);作用面上转向。
理论力学考试知识点归纳第二十五讲静力学一、内容提要:本讲主要是讲解静力学的基本概念、力的分解、力的投影、力对点的矩与力对轴的矩、平面汇交力系的合成与平衡、力偶理论等问题。
二、本讲的重点是:静力学公理、常见的约束类型、力对点的矩、平面汇交力系、平面力偶系的合成与平衡本讲的难点是:受力图分析、平面力偶系的合成与平衡三、内容讲解:1、静力学的基本概念:(一)质点、刚体及质点系质点——具有几何位置,不计大小形状而有一定质量的物体。
刚体——形状大小都要考虑的,但在任何受力情况下体内任意两点的距离保持不变的物体。
质点系——由一些相互联系着的质点组成,又称为系统或机械系统。
平衡的概念——平衡是指物体相对于周围物体(惯性参考系)保持其静止或作匀速直线运动的状态。
(二)力力是物体之间的相互作用,这种作用使物体的运动状态或形状发生变化。
在理力中仅讨论力的运动效应,不讨论变形效应。
力对物体的作用效果取决于力的大小、方向和作用点三要素,因此力是矢量,它符合矢量运算法则。
经验表明,作用于刚体的力可沿其作用线移动而不致改变其对于刚体的运动效应。
力的这种性质称为力的可传性,所以力是滑动矢量。
(三)静力学公理公理一(二力平衡公理):作用在同一刚体的两个力成平衡的必要与充分条件为等量、反向、共线。
只受两个力作用并处于平衡的物体称为二力体,如果物体是个杆件,也称二力杆。
公理二(加减平衡力系公理):在任一力系中加上或减去一个平衡力系,不改变原力系对刚体的运动效应。
公理三(力的平行四边形法则):作用于同一质点或刚体上同一点的两个力,可以按平行四边形法则合成。
公理四(作用与反作用定律):两物体间相互作用力同时存在,且等量、反向、共线,分别作用在这两个物体上。
此处应注意:虽然作用力与反作用力大小相等,方向相反,但分别作用在两个不同的物体上。
因此决不可认为这两个力相互平衡。
这与公理一有本质区别,不能混同。
公理五(刚化原理):如变形体在已知力系作用下处于平衡状态,则将此变形体转换成刚体,其平衡状态不变。
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。
静力学知识点第一章静力学公理和物体的受力分析本章总结1.静力学是研究物体在力系作用下的平衡条件的科学。
2.静力学公理公理1 力的平行四边形法则。
公理2 二力平衡条件。
公理3 加减平衡力系原理公理4 作用和反作用定律。
公理5 刚化原理。
3.约束和约束力限制非自由体某些位移的周围物体,称为约束。
约束对非自由体施加的力称为约束力。
约束力的方向与该约束所能阻碍的位移方向相反。
4.物体的受力分析和受力图画物体受力图时,首先要明确研究对象(即取分离体)。
物体受的力分为主动力和约束力。
要注意分清内力与外力,在受力图上一般只画研究对象所受的外力;还要注意作用力和反作用力之间的相互关系。
常见问题问题一画受力图时,严格按约束性质画,不要凭主观想象与臆测。
第二章平面力系本章总结1. 平面汇交力系的合力( 1 )几何法:根据力多边形法则,合力矢为合力作用线通过汇交点。
( 2 )解析法:合力的解析表达式为2. 平面汇交力系的平衡条件( 1 )平衡的必要和充分条件:( 2 )平衡的几何条件:平面汇交力系的力多边形自行封闭。
( 3 )平衡的解析条件(平衡方程):3. 平面内的力对点 O 之矩是代数量,记为一般以逆时针转向为正,反之为负。
或4. 力偶和力偶矩力偶是由等值、反向、不共线的两个平行力组成的特殊力系。
力偶没有合力,也不能用一个力来平衡。
平面力偶对物体的作用效应决定于力偶矩 M 的大小和转向,即式中正负号表示力偶的转向,一般以逆时针转向为正,反之为负。
力偶对平面内任一点的矩等于力偶矩,力偶矩与矩心的位置无关。
5. 同平面内力偶的等效定理:在同平面内的两个力偶,如果力偶相等,则彼此等效。
力偶矩是平面力偶作用的唯一度量。
6. 平面力偶系的合成与平衡合力偶矩等于各分力偶矩的代数和,即平面力偶系的平衡条件为7、平面任意力系平面任意力系是力的作用线可杂乱无章分布但在同一平面内的力系。
当物体(含物体系)有一几何对称平面,且力的分别关于此平面对称时,可简化为平面力系计算。
静力学静力学是研究物体在力系作用下平衡的科学。
第一章、静力学公理和物体的受力分析1、 基本概念:力、刚体、约束和约束力的概念。
2、 静力学公理:(1)力的平行四边形法则;(三角形法则、多边形法则)注意:与力偶的区别 (2)二力平衡公理;(二力构件)(3)加减平衡力系公理;(推论:力的可传性、三力平衡汇交定理) (4)作用与反作用定律; (5)刚化原理。
3、常见约束类型与其约束力:(1)光滑接触约束——约束力沿接触处的公法线; (2)柔性约束——对被约束物体与柔性体本身约束力为拉力; (3)铰链约束——约束力一般画为正交两个力,也可画为一个力; (4)活动铰支座——约束力为一个力也画为一个力;(5)球铰链——约束力一般画为正交三个力,也可画为一个力; (6)止推轴承——约束力一般画为正交三个力;(7)固定端约束——两个正交约束力,一个约束力偶。
4、物体受力分析和受力图: (1)画出所要研究的物体的草图; (2)对所要研究的物体进行受力分析;(3)严格按约束的性质画出物体的受力。
意点:(1)画全主动力和约束力; (2)画简图时,不要把各个构件混在一起画受力图;(3)灵活利用二力平衡公理(二力构件)和三力平衡汇交定理; (4)作用力与反作用力。
第二章、平面汇交力系与平面力偶系1、平面汇交力系: (1)几何法(合成:力多边形法则;平衡:力多边形自行封闭)(2)解析法(合成:合力大小与方向用解析式;平衡:平衡方程0xF=∑,0y F =∑)注意点:(1)投影轴尽量与未知力垂直;(投影轴不一定相互垂直)(2)对于二力构件,一般先设为拉力,若求出负值,说明受压。
2、平面力对点之矩——()O M Fh =±F ,逆时针正,反之负 意点:灵活利用合力矩定理 3、平面力偶系: (1)力偶:由两个等值、反向、平行不共线的力组成的力系。
(2)力偶矩:M Fh =±,逆时针正,反之负。
(3)力偶的性质:[1]、力偶中两力在任何轴上的投影为零;[2]、力偶对任何点取矩均等于力偶矩,不随矩心的改变而改变;(与力矩不同) [3]、若两力偶其力偶矩相等,两力偶等效; [4]、力偶没有合力,力偶只能由力偶等效。