机械工程力学教学课件作者邓春梅第一章静力分析基础.ppt

第一章静力分析基础 第一节力和力系 第二节力偶和力矩的基本知识 第三节力系的简化 第四节约束和约束力 第五节物体的受力分析 第一节力和力系 一、力与力的性质 1.力的基本概念 力是物体间相互的机械作用。力的变形效应将在研究变形体力学问题的各学科中加以讨论，在理论力学中主要讨论力的外效应。 2.力的性质 力是物体之间相互的作用，能使物体的运动状态发生改变，或使物体变形。在工程力学中讨论的主要对象为质点或刚体，则力的作用效果只改变其运动状态。在我国法定计量单位中，力的单位为N(牛)，1 N=1 kg . m/s2。力具有如下性质: 第一节力和力系 (1)力的作用效果取决于力的大小、方向与作用点此性质称为力的三要素。可用一个有向线段来描述力的方向和大小。用该有向线段的起点或终点描述其作用点。线段所在的直线称为力的作用线。 力的大小—物体间机械作用的强弱程度，采用国际单位制，力的单位是牛顿(N简称牛)或者千牛顿(kN简称千牛);力的方向—物体间的机械作用具有方向性，它包括方位和指向; 力的作用点—物体间机械作用的位置。 第一节力和力系 (2)两个力作用于同一个点的效应可与作用点不变的另一个力等效该力称为两力和合力，该合力的大小与方向以两力的有向线段为边构成的平行四边形的对角线确定。此性质称为力的平行四边形法则。 3.二力平衡 作用于同一物体的两个力使其平衡的充要条件是两力处在同一直线上，且大小相等，方向相反，如图1-3所示矢量表示为 4.力系平衡 在作用于物体的力系中加上或减去任意的平衡力系，并不改变原来力系对物体的作用。 将作用在刚体上的力沿其作用线任意移动到作用线的另一点，而不改变它对刚体的作用效应，如图1-4所示。 第一节力和力系 5.作用力与反作用力 作用力与反作用力同时存在，大小相等、方向相反，沿同一作用线分别作用在不同的物体上。 注意，作用力与反作用力由于作用在不同的物体上，不构成上述所谓的平衡，如图1-5所示。 二、力系 所谓平面力系是指各力的作用线都在同一平面内的力系。在平面力系中，若各力的作用线交于一点，则称为平面汇交力系，如图1-6所示;若各力的作用线相互平行，则称为平面平行力系，如图1-7所示;若各力的作用线既不完全交于一点也不完全相互平行，则称为平面一般力系，如图1-8所示。 第二节力偶和力矩的基本知识 一、力对点的矩 从实践中知道，力对物体的作用效果除了能使物体移动外，还能使物体转动，力矩就是度量力使物体转动效果的物理量。 力的大小与力臂的乘积称为力F对点O之矩(简称力矩)，记作m0(F)。计算公式可写为 第二节力偶和力矩的基本知识 二、合力矩定理 在计算力对点的力矩时，有些问题往往力臂不易求出，因而直接按定义求力矩难以计算。此时，通常采用的方法是将这个力分解为两个或两个以上便于求出力臂的分力，在由多个分力力矩的代数和求出合力的力矩。这一有效方法的理论根据是合力矩定理，即: 如果有n个平面汇交力作用于A点，则平面汇交力系的合力对平面内任一点之矩，等于力系中各分力对同一点力矩的代数和: 第二节力偶和力矩的基本知识 三、力偶的相关知识 1.力偶和力偶矩 在生产实践和日常生活中，为了使物体发生转动，常常在物体上施加两个大小相等、方向相反、不共线的平行力。例如钳工用丝锥攻丝时两手加力在丝杠上，如图1-10所示。 (1)力偶当大小相等、方向相反、不共线的两个平行力F和F’作用在同一物体时，它们的合力FR= 0，即F和F’没有合力。但因二力不共线，所以也不能平衡。它们的作用效果是使物体发生转动。力学上把这样大小相等、方向相反、不共线的两个平行力叫力偶。 第二节力偶和力矩的基本知识 (2)力偶矩实践可知，组成力偶的力越大，或力偶臂越大，则力偶使物体转动的效应越强;反之，就越弱。这说明力偶的转动效应不仅与两个力的大小有关，而且还与力偶臂的大小有关。与力矩类似，用力偶中一个力大小和力偶臂的乘积并冠以适当正负号(以示转向)来度量力偶对物体的转动效应，称为力偶矩，用m表示。即 第二节力偶和力矩的基本知识 2.力偶的基本性质 (1)力偶没有合力，所以力偶不能用一个力来代替，也不能与一个力平衡。 (2)力偶对其作用面内任一点之矩恒等于力偶