1.1静力学基础(课件）-高一《机械基础》同步教学（武汉大学版）

第1章 理论力学基础 ———构件的静力分析 静力学基础 任务1 平面汇交力系 任务2 力矩、力偶和平面力偶系 任务3 平面任意力系 任务4 空间力系简介* 任务5 任务1 静力学基础 阶段1 静力分析的基本概念 阶段2 静力学公理 阶段3 约束与约束反力 阶段4 物体的受力分析和受力图 阶段5 平面力系的概念 阶段1 静力分析的基本概念 1．力的定义： 力是物体间的相互机械作用。 力对物体的效应有运动效应和变形效应（外效应和内效应） 。 2．力的三要素及表达方法： 力的大小、方向和作用点，这三者被称为力的三要素。 力是一个既有大小又有方向的物理量，所以力是矢量 可以用一条有向线段表示力矢量。线段的长度（按一定比例尺）表示力的大小；线段的方位和箭头表示力的方向；线段的起始点（或终点）表示力的作用点；通过力的作用点，沿力的方向所画的直线，称为力的作用线（见下图） 3．刚体： 所谓刚体，是指在力作用下，大小和形状保持不变的物体。 这是一个抽象化的理想的力学模型。在工程实际中常用的构件材料，如钢、铸铁、混凝土、木材及陶瓷等，在一般力的作用下产生的变形很小。如果微小变形对所研究物体的平衡问题不起主要作用，可以忽略不计，这样可以使问题的研究大为简化。 在静力学中，常把研究的物体视为刚体。 4．平衡： 平衡是指物体相对于地球保持静止或作匀速直线运动的状态。 若一力系施加于物体并使物体处于平衡状态，则该力系称为平衡力系。 力系是指作用于刚体上的一组力。 使物体平衡的力系满足的条件称为力系的平衡条件。 静力学是研究物体处于平衡状态时所受各力之间关系的一门科学。 5．受力图： 在实际工程中，为了便于对物体进行受力的分析，常常把物体从限制其运动的周围物体中分离出来，画出其简图，然后在图中用矢量的表示方法画出物体的受力情况，这样的图称为受力图。 阶段2 静力学公理 公理1．二力平衡公理 ： 作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。 工程上只受两个力作用而平衡的刚体，称为二力构件，当构件呈杆状时称为二力杆。二力构件平衡时，其所受的两个力必沿两力作用点的连线，且等值，反向。 公理2．加减平衡力系公理  在作用着已知力系的刚体上，加上或者减去任意的一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。  推论： 力的可传性原理  作用在刚体上的力可沿其的作用线移动，而不会改变该力对刚体的作用效应。 公理3．力的平行四边形公理 作用于刚体上某一点（汇交点）的两个力可以合成为一个合力。其合力也作用在汇交点上，合力的方向和大小由两个已知力为邻边所构成的平行四边形的对角线来确定。 推论．三力平衡汇交定理 若刚体受到同一平面内互不平行的三个力的作用而平衡，则三个力的作用线必汇交于一点。 公理4．作用与反作用公理  两物体间的作用力与反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿同一条直线，分别作用在两个物体上。 阶段3 约束与约束反力 1．约束与约束反力的概念 ： 凡是因为受到周围其它物体的限制而不能做任意运动的物体称为非自由体或叫被约束体。如天花板上挂着的灯泡、机车、机床的刀具等。 凡是限制某些物体运动的其它物体，称为约束。如灯绳对灯泡，桌子对放在桌子上的物体，铁轨对于机车、轴承对于电机转子、机床刀夹对于刀具等，都是约束。 约束对非自由体的限制作用实质上就是力的作用，这种力称为约束反力，简称反力。由于约束的作用是限制物体的运动，所以约束反力的方向总与该约束所能限制的运动方向相反，其作用点在约束和被约束物体相互连接或接触点之处。 2．常见约束的类型和约束反力的确定 （1）柔性约束（柔索） 由钢丝绳、绳索、链条、传送带等非刚性体所形成的约束称柔性约束。 柔性约束产生的约束反力只能是拉力，所以该约束反力作用在接触点处，方向沿着柔体的中心线背离被约束物体，通常用T或 表示， （2）光滑面约束 物体与光滑面形成点、线、面刚性接触（接触面间摩擦力很小，忽略不计）所形成的约束，称为光滑面约束。 光滑面约束的约束反力是支撑力或压力，其方向沿接触面的公法线指向被约束物体。此类约束反力也称为法向反力，通常用N或 表示。 （3）光滑铰链约束 工程上铰链常见结构是：用圆柱形销钉将两个开有销钉孔的零件连接起来，形成一种可动连接，这时销钉只能限制两零件相对移动而不能限制它们的相