1-1-1 静力学基础（课件）《机械基础》同步精品课堂（高教版·第三版）

1-1静力学基础- 力的概念及其性质 机械基础 同步精品课堂 高等教育出版社（第三版） 1 一教学目标 1.掌握静力学的基本概念、静力学公理和推论的内容及适用范围； 2.掌握分析物系内每个物体受力情况的方法； 3.掌握零件平衡问题的求解方法。 一教学目标 力是物体间的相互机械作用，这种作用可以使物体的运动状态发生变化或使物体产生变形。前者称为力的运动（外）效应，后者称为力的变形（内）效应。静力学主要研究力的运动效应，当然，力的运动效应和力的变形效应在一般情况下是同时存在的，但是在分析力的效应的时候，可以将它们分开研究，这样可以简化问题。 一教学目标 力的三要素 （1） 大小 （2） 方向 （3） 作用点 力是具有大小和方向的量，所以力是矢量。力的三要素可用带箭头的有向线段(矢线)示于物体作用点上，线段的长度(按一定比例画出)表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，线段的起始点或终止点表示力的作用点。通过力的作用点，沿力的方向的直线，叫做力的作用线 。 二教学重难点 二教学重难点 力、力偶的概念与性质，力的投影和力矩的计算，物体受力分析的方法。力和力偶是组成力系的两个基本要素，力的投影和力矩分别表征了力对物体的移动效应和转动效应。受力分析是对物体进行力学计算的前提，也是工程力学的基础。 二教学重难点 一、力的概念 4.力的单位： 国际单位制, N(牛)或kN(千牛) 。 1kN=103N 1.定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物体的运动状态或使物体产生变形。 2.力的效应： ①运动效应(外效应)； ②变形效应(内效应)。 3.力的三要素：大小，方向，作用点。 二教学重难点 外效应：在力的作用下，使物体的机械运动状态发生改变。  内效应：在力的作用下，使物体产生变形。 5.力矢量:力是具有大小和方向的量，所以力是矢量，且作用于物体上的力是定位矢量。 6.力的图示: 力的三要素可以用有向线段表示。线段的长度按一定比例表示力的大小，线段的方位和箭头的指向表示力的方向，线段的起点或终点表示力的作用点。过力的作用点，沿力矢量的方位画出的直线，称为力的作用线。 7.力的分类： 分布在一定体积内的力，如重力，称为体分布力。分布在一定面积上的力，如水坝上的水压力等，称为面分布力。分布在一定长度上的力称为线分布力（又称为线分布载荷）。 按力相互作用的范围分为 力总是作用在一定的面积或体积内的，称为分布力。工程上将主动力的分布力称为分布载荷，如重力、水压力、土压力、风载等。当力的作用范围与物体相比很小时，可以近似地看作是一个点，该点为力的作用点，作用于一点的力称为集中力。 分布力 集中力 体分布力 面分布力 线分布力 图a所示梁的自重可看作是沿轴线分布的均布载荷。 Fq q A B B C A q 图b所示在梁的CB段上作用有载荷集度为q的均布载荷，可以证明，其合力的大小等于载荷集度q与其分布长度l的乘积，即合力的作用线过分布长度的中点，方向与均布载荷的方向相同。 线分布载荷的大小用载荷集度q表示，某点的载荷集度是指该点单位长度上受力的大小，其单位为N/m或kN/m。当q＝常数时，表示各点的载荷大小都相等，称为均布载荷；当q≠常数时，表示各点的载荷不相等，称为非均布载荷。 (a) (b) 如图a所示水坝受到的静水压力分布在坝与水的接触面上，为面分布载荷。可将坝体简化为单位宽度的变截面梁，原来作用在坝体上的静水压力，可以简化为变截面梁上的线分布载荷，如图b所示，由于压强沿水的深度为线性分布，因此此变截面梁上的载荷为非均布载荷。 汽车通过轮胎作用在桥面上的集中力模型 桥面板作用在钢梁的分布力模型 性质1(力平行四边形法则) ：作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于该点的一个合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示。 F1 FR F2 F2 力三角形法则 二、力的性质 F1 FR F2 FR F1 力平行四边形法则 如用FR表示力F1和F2的合力，则性质１的矢量表达式为 FR=F1+F2 即合力的矢量等于各分力的矢量和。 力的平行四边形法则，是力系简化的基础。它表明作用于物体上同一点的两个力可以合成为一个合力；反之，一个力也可分解为同平面内的两个分力,但分力并不是唯一的。在工程实际中，常把一个力F沿直角坐标轴方向分解，从而得到两个相互垂直的分力Fx和Fy，称为力的正交分解。 式中a为力F与x轴所夹的锐角。 分力的大小为 性质２(二力平衡条件):作用于同一刚体的两个力，使刚体处于平衡的充分和必要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。 刚体（受压平衡） 柔性体（受压不能平衡） 柔性体（受拉力平衡） 理解该公理时注意： 　　1．对刚体而言，这个条件既是必须的又是充分的； 　　2．对于非刚体而言，这个条件是不充分的。如图所示的软绳受两个等值反向、共线的拉力作用可以平衡，而受两个等值、反向、共线的压力作用就不能平衡。 　　3．二力构件：只受两个力作用而平衡的构件。 　　二力构件的特点： 　　（1）构件的自重不计； 　　（2）构件的形状可以是直杆或曲杆，形状任意； 　　（3）构件上只有两个受力点，两个力的方向待定，但必须在两个受力点的连线上。 二力杆(二力构件) A B C F 三铰拱 B C 二力杆 FC FB A B O A B 棘爪 棘轮 只在二点受力而处于平衡的无重杆或无重构件即为二力构件。 B C G A 二力杆 FC FA 二力构件 性质3（加减平衡力系公理）: 在作用于刚体上的已知力系上，加上或去掉任意个平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效果。　　　　 理解该公理时注意： 　　（1）只适用于同一刚体； 　　（2）作用效应为外效应，若指内效应，则不等效。　 性质4（作用与反作用定律）：两个物体间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，沿着同一直线，并分别作用在这两个物体上。 说明：力总是成对出现的，有作用力，必定有反作用力，二者总是同时存在，同时消失。一般习惯上将作用力与反作用力用同一字母表示，其中一个加一撇以示区别。 F F’ 例：吊灯 注意：不要把这一性质与二力平衡条件相混淆。作用与反作用定律中的两个力分别作用在两个物体上，而二力平衡条件中的两个力一般作用在同一刚体（同一研究对象）上。 推论（力的可传性）：作用于刚体上的力可沿其作用线移动到该刚体内任一点，而不改变力对刚体的作用效应，这一性质称为力的可传性。 作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为大小、方向和作用线。 由于力对于刚体只有运动效应，因此在力系中加上或减去一平衡力系并不改变原力系对刚体的作用效果。 力的可传性： 力的可传性只适用于刚体，对变形体不适用。 思考题：证明三力平衡汇交定理：若刚体在三个力作用下处于平衡，其中两个力的作用线交于一点，则第三力也过该交点，且三力共面。 ？ 证明： 三、力系的分类 力系 平面力系 空间力系 各力作用线不在同一平面内的力系 平面汇交力系 平面平行力系 平面力偶系 平面一般力系 空间汇交力系 空间平行力系 空间力偶系 空间一般力系 各力作用线在同一平面内的力系 感谢观看 $$