2.1.1 静力学基本概念.pdf

2.1.1 基本概念 一． 力的概念 力 （force ）的概念从生产实践中产生，但其科学概念产生于牛顿定律。力 是物体与物体之间的一种相互机械作用。这种机械作用对物体有两种效应：其 一使物体的运动状态发生变化，称为力对物体的运动效应(effect of motion) ；其 二使物体的形状或尺寸发生变化，称为力对物体的变形效应 (effect of deformation) 。物体间机械作用形式多种多样，可归纳为两类：一类是物体相互 间的直接接触作用，如弹力、摩擦力、流体压力和粘性阻力等；另一类是通过 场的相互作用，如万有引力、静电引力等。力不能脱离物体存在，且有力必定 至少存在两个物体。 实践表明，力对物体的作用效应取决于力的大小、方向和作用点，这三者 称为力的三要素(three elements of a force) 。力的大小反映物体相互间机械作用 的强弱程度。力的方向表示物体间的相互机械作用具有方向性，它包括力所顺 沿的直线（称为力的作用线）在空间的方位和力沿其作用线的指向。力的作用 点是物体间相互机械作用位置的抽象化。实际上物体相互作用的位置并不是一 个点，而是物体的某一区域，如果这个区域相对于物体很小或由于其他原因以 致力的作用区域可以不计，则可将它抽象为一个点，此点称为力的作用点，而 作用于这个点上的力，称为集中力(concentrated force) 。在国际单位制中，集中 力的单位以“牛顿”或“千牛顿”度量，分别以符号“N ”或“kN ” 表示。 如果力的作用区域不能忽略，则称为分布力(distributed force) 。如力均匀 分布于作用区域称为均布力，否则称为非均布力。如果力分布在某个面上，称 为面分布力，如水压力、风压力等，它常用每单位面积上所受力的大小来度量， 2 2 称为面分布力集度，国际单位是 N/m （牛/ 米 ）；如果力分布在某个体积上， 称为体分布力，例如重力，它常用每单位体积上所受力的大小来度量，称为体 3 3 分布力集度，国际单位是N/m （牛/ 米 ）；。 而当荷载分布于狭长形状的体积或面积上时，则可忽略横向范围而简化为 沿其长度方向中心线分布的线分布力，它常用单位长度上所受力的大小来度量， 称为线分布力集度，用符号 q 表示，国际单位是 N/m( 牛/ 米) 。 由于力对物体的作用效应取决于力的三要素，因此，图中常用一沿力的作 1 用线的有向线段表示，即矢量表示， 这种强调作用点位置的矢量称为定位 矢量(fixed vector) 。此矢量的起点或 F 终点表示力的作用点，长度按一定比 B 例尺表示力的大小，指向表示力的方 A 向。如果不在图中强调力的大小，线 段的长度不必严格按照比例画出。如 图2.1 表示了物体在 A 点受到力F 的 图2.1 作用。本书中用黑体字母 F 表示力矢 量，而用普通字母 F 表示力的大小。 二、 平衡的概念 平衡(equilibrium) 是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线平动 的状态。在一般的工程技术问题中，平衡常常都是指相对于地球表面而言的。 例如静止于地面上的房屋、桥梁、水坝等建筑物，在平直轨道上作匀速运动的 列车等，都是相对于地面处于平衡状态的。平衡是物体机械运动的特殊情况。 一切平衡都是相对的、有条件的和暂时的，而运动是绝对的和永恒的。 三、 力系的概念 同时作用于物体上的一群力，称为力系(system of forces) 。根据力系中各力 作用线的分布情况分为：各力作用线位于同一平面内