第一章静力学基础南京工业职业技术学院精品课程.pdf

第一篇 静力学 1 引 言 1 第1章 静力学基础 1 1.1 静力学的基本概念 1 1.2 静力学公理 3 1.3 约束和约束反力的概念及类型 6 1.4 物体的受力分析和受力图 9 *附录Ⅰ：机械应用实例 14 第一篇 静力学 引 言 静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。力系是指作用于同一物体上的一组力。物体 的平衡一般是指物体相对于地面静止或作匀速直线运动。它主要解决两类问题：一是将作用在物体 上的力系进行简化，即用一个简单的力系等效地替换一个复杂的力系；二是建立物体在各种力系下 的平衡条件，并借此对物体进行受力分析。 力在物体平衡时所表现出来的基本性质，也同样表现于物体作一般运动的情形中。在静力学里 关于力的合成、分解与力系简化的研究结果，可以直接应用于动力学。静力学在工程技术中具有重 要的实用意义。 第1 章 静力学基础 本章将阐述静力学中的一些基本概念、静力学公理、工程上常见的典型约束和约束反力，以及 物体的受力分析。 1.1 静力学的基本概念 1.1.1 力的概念 力的概念产生于人类从事的生产劳动当中。当人们用手握、拉、掷及举起物体时，由于肌肉紧 1 － － 张而感受到力的作用，这种作用广泛存在于人与物及物与物之间。例如，奔腾的水流能推动水轮机 旋转，锤子的敲打会使烧红的铁块变形等。 （1）力的定义 力是物体之间相互的机械作用，这种作用将使物体的机械运动状态发生变化，或者 使物体产生变形。前者称为力的外效应；后者称为力的内效应。 （2 ）力的三要素 实践证明，力对物体的作用效应，决 定于力的大小、方向（包括方位和指向）和作用点的位置， 这三个因素就称为力的三要素。在这三个要素中，如果改 变其中任何一个，也就改变了力对物体的作用效应。例如： 用扳手拧螺母时，作用在扳手上的力，因大小不同，或方 向不同，或作用点不同，它们产生的效果就不同（图1-2a）。 （3 ）力是矢量 力是一个既有大小又有方向的量，而且又满足矢量的运算法则，因此力是矢量 （或 称向量）。 矢量常用一个带箭头的有向线段来表示 （图1-2b），线段长度AB 按一定比例代表力的大小， 线段的方位和 图1-1 箭头表示力的方向，其起点或终点表示力的作用点。此线段的延伸称为力的作用线。用黑体字 F 代表力矢，并以同一字母的非黑体字F 代表该矢量的模 （大小）。 （4 ）力的单位 力的国际制单位是牛顿或千牛顿，其符号为N，或kN。 1.1.2 力系的有关概念 物体处于平衡状态时，作用于该物体上的力系称为平衡力系。力系平衡所满足的条件称为平衡 条件。如果两个力系对同一物体的作用效应完全相同，则称这两个力系互为等效力系。当一个力系 与一个力的作用效应完全相同时，把这一个力称为该力系的合力，而该力系中的每一个力称为合力 的分力。 必须注意，等效力系只是不改变原力系对于物体作用的外效应，至于内效应显然将随力的作用 位置等的改变而有所不同。 1.1.3 刚体的概念 所谓刚体是指在受力状态下保持其几何形状和尺寸不变的物体。显然，这是一个理想化的模型， 实际上并不存在这样的物体。但是，工程实际中的机械零件和结构构件，在正常工作情况下所产生 2 － － 的变形，一般都是非常微小的。这样微小的变形对于研究物体的外效应的影响极小，是可以忽略不 计的。当然，在研究物体的变形问题时，就不能把物体看作是刚体，否则会导致错误的结果，甚至 无法进行研究。 1.2 静力学公理 人们在长期的生活和生产实践中，发现和总结出一些最基本的力学规律，又经过实践的反复检 验，证明是符合客观实际的普遍规律，于是就把这些规律作为力学研究的基本