机械基础教学课件作者黄东第1章.ppt

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2019-10-13 发布于广东
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第1章　静力学基础 1.1　静力学基本概念 1.2　静力学基本公理 1.3　约束和约束反力 1.4　受力分析与受力图返回 1.1　静力学基本概念 1.1.1　力的概念在长期的生产和生活实践中，通过不断的观察和体验，人们发现，在推车、挑水、打铁、踢球等活动中，自身肌肉会紧张而且消耗大量体力，从而建立了力的概念。此后，通过大量的实验和分析，逐步建立了力的科学概念：力是物体间相互的机械作用。这种作用使受力物体的运动状态和形状发生改变。在理论力学中，只研究力的效应，而不关注力的物理来源。力的效应表现为受力物体形状和运动状态的改变。将使物体机械运动状态发生改变的效应称为力的外效应，体现为物体受力后运动方式、运动速度大小和运动方向的改变；将使物体发生形变的效应称为力的内效应或变形效应，体现为物体几何形状或者大小的改变。下一页返回 1.1　静力学基本概念力的内效应和外效应总是同时产生的，但在静力学中我们只研究力的外效应。力的内效应将在下一章的材料力学中研究。 1.1.2　刚体的概念所谓刚体是指在外界任何作用下形状和大小都始终保持不变的物体，其特征是刚体内任意两点的距离始终保持不变。实际上物体在受到力的作用时一定会产生变形，只要这种变形不影响到物体的运动特性，就可以将变形的物体理想为刚体。一个物体是否可以视为刚体，不但取决于变形的大小，还与要研究的问题本身有关。上一页下一页返回 1.1　静力学基本概念 1.1.3　力的三要素通过大量实践，人类认识到力对物体的作用效果取决于力的三要素：力的大小、力的作用方向（包括方位和指向）和力的作用点（或作用位置）。这3个基本要素也是力的3个重要特征，它们中任意一个要素发生改变，力的作用效应必将变化。力的作用位置通常情况下不会是一个点，而是物体上某一部分面积或者体积。例如：鱼缸中水的压力作用于整个缸壁上，桥梁的自重沿整个桥梁作用，这样的力称为分布力。有些力的分布面积或者体积非常小，例如：行驶在道路上的汽车，通过轮胎施加在路面上的力，作用于轮胎和地面的接触位置上，对路面而言轮胎与其接触的面非常小，可以视为一个点，这样的力称为集中力，这个点称为集中力的作用点。上一页下一页返回 1.1　静力学基本概念作用于刚体上的分布力可以用能够产生相同作用效应的一个或者几个集中力来代替，也就是说，集中力的作用点是力的作用位置的抽象。力的作用方向可以理解为静止的质点受力作用后产生的运动方向，包含方位和指向两层意思。例如：物体所受到的重力是竖直向下的，斜面上小车所受到的支持力是垂直于斜面向上的。在力学模型中，通过力的作用点，沿力作用方向所作出的有向线段，称为力的作用线。力的大小，表示物体相互作用的强弱，可以根据受力物体所产生的运动变化决定。在静力学中是通过力的内效应的比较来确定力的大小。通过实验发现，在静力作用下，弹簧的长度变化正比于作用力的大小。根据这个原理制成了各种测力计，测定力的大小，最常见、最普通的测力计是弹簧秤。国际单位制（ＳＩ）中采用牛顿（Ｎ）作为力的计量单位。上一页下一页返回 1.1　静力学基本概念 1.1.4　力的表示方法在力学中经常遇到两类不同的量：有向量和无向量。无向量又称标量。绝大多数有向量相加都符合平行四边形法则，这样的量又称为矢量力是一种矢量。习惯上用有向线段表示力。有向线段的长度按一定比例表示该力的大小，有向线段的起点或者终点，表示该力的作用点，有向线段的方位和箭头指向表示该力的作用方向。如图1.2所示。书中矢量以粗斜体字母表示，同文的细斜体字母表示该矢量的模。例如用Ｆ表示某个力，则该力的大小（模）等于Ｆ。有时候也用顶上带箭头的两个并列细斜体字母代表矢量。第一个字母表示矢量的始端，第二个字母表示矢量的末端，不带箭头的并列细斜体字母则表示这个矢量的模。上一页返回 1.2　静力学基本公理随着对力的基本性质认识的不断深入，经过长期实践与反复验证，人类将物体受力中一些简单且显而易见的性质进行了归纳，总结成为下列静力学公理。公理1（二力平衡公理）作用在同一刚体上的两个力，使刚体平衡的充分必要条件是此二力等值、反向、共线。二力平衡公理是刚体平衡最基本的规律，也是力系平衡的最基本数量关系。应用二力平衡公理，可确定某些未知力的方位。如图1.3所示，直杆ＡＤ和折杆ＢＣ相接触，在力的作用下处于静止，若不计自重，则ＢＣ构件仅在Ｂ，Ｃ两点处受力而平衡，故此二力等值、反向、共线，必沿ＢＣ连线方位。仅受二力作用而平衡的构件，称为二力构件。下一页返回 1.2　静力学基本公理公理2（加减平衡力系公理）在已知力系上加上或减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。加减平衡力系公理是力系替换与简化的等效原理。在物体上加减平衡力系，必然引起力对物体内效应的改变