工程力学(上)电子教案第四章精要.doc
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空间力系 第一节 空间汇交力系
第二节的第一个内容 力对点的矩
教学时数:2学时
教学目标:
了解空间汇交力系、力对点的矩的概念
能熟练的计算力在空间直角坐标轴上的投影
能应用平衡条件求解空间汇交力系
教学重点:
力在空间直角坐标轴上的投影
空间汇交力系的平衡方程的应用
教学难点:
空间矢量的运算
空间结构的几何关系与立体图
教学方法:板书+PowerPoint
教学步骤:
空间汇交力系:是指各力的作用线汇交于同一点的力系,且汇交力系中各力的作用线不位于同一平面内的力系。
力在坐标轴上的投影
二次投影法:计算力在轴和轴上的投影时,先将力投影上平面上得(力在平面上的投影规定为矢量),然后再将投影到轴和轴上。此方法特为为的二次投影法。
力矢与各投影有以下关系:
2、空间汇交力系的合成
若某汇交力系由几个力组成,则合力
于是
结论:合力在任一轴上的投影,等于各分力在同一轴上的投影的代数和,这称为合力投影定理。
合力的大小: *
合力的方向:
3、空间汇交力系的平衡
由几何法知。汇交力系平衡
由式(*)知
汇交力系平衡的必要与充分的解析条件是:力系中各力在直角坐标系中每一轴上的投影的代数和都等于零。
上式称为空间汇交力系的平衡方程,三个方程求三个未知量。
例1:已知:三角支架由三杆AB、AC和AD用球铰A连接而成,分别用球铰支座B、C和D固定在地面上,设铰A上悬挂一重物,,结构尺寸,,,,若杆的自重均不计,求各杆所受的力。
解:1 以A为研究对象
2.受力分析
3.列方程求解:
:
:
:
解得
第二节 第一个内容 力对点之矩
1)概念
实例:
力对矩心O的力矩取决于下列三要素
① 力对矩心O所决定平面的方位,由法线表示,该平面称为力矩作用平面。
②力矩作用平面内,力绕矩心O的转向。
③ 力矩的大小,
力矩矢
方位:沿过O点力矩作用面的法线,表示力矩作用的方位。
模:等于力矩大小
指向:用右手法则,表示力矩转向
(3.1)
力矩矢是定们矢量。(此式不是力矩的大小,应解释清楚为什么能用表示力矩矢。
2)解析式
若
则 (3.2)
于是在、、轴上的投影为
(3.3)
课堂小结:
空间力系是力系中最一般的力系。其它力系都是空间力系的特例。只有对空间力系的简化与平衡问题进行深入研究,才能全面完整的认识静力学的力系简化与平衡的理论。与平面力系类似,空间力系也分为空间汇交力系、空间力偶系、空间平行力系、空间任意力系。这节课我们首先学习了空间力系中最简单的空间汇交力系,为学习更复杂的空间任意力系做好准备。
作业布置:
复习本节内容,仔细思考空间汇交力系与平面汇交力系有何不同?
教学后记:
第二节的第二个内容 力对轴的矩
第三节 空间力偶
教学时数:2学时
教学目标:
能熟练的计算力对轴的矩
对空间力偶的性质及其作用效应有清晰的理解
能应用平衡条件求解空间力偶系
教学重点:
力对轴的矩
空间力偶系的平衡方程的应用
教学难点:
空间矢量的运算
空间结构的几何关系与立体图
教学方法:板书+PowerPoint
教学步骤:
一、第二节 第二个内容 力对轴之矩
1)概念
实例: 门绕门轴转动
设作用在刚体上的力的作用点为A,将力分解为两个力,其中∥,另一分力在过A且垂直于轴的平面内。
由经验知:分力不会使刚体绕轴转动,正如作用在门上的重力不会使它绕铅垂的门轴转动一样,力对刚体绕轴的转动完全决定于分力对O点之矩,于是力对轴之矩为力在垂直于该轴的平面上的分力对于该轴与平面交点之矩
(3.6)
正负号由右手螺旋法则确定
2)解析式
(3.7a)
同理 (3.7b)
(3.7c)
3)力对点之矩与力对轴之矩之间的关系
对比(3.3)及(3.7)可知
(3.8)
上式表明:力对点O之力矩矢在通过该点的任一轴L上的投影等于力对该轴之矩。
即: (3.9)
其中表示沿L方向的单位矢量。
例2:如图所示,力通过点A(3,4,0)和点B(0,0,5),设,图中尺寸单位为m。
求:(1)力对直角坐标轴x,y,z之矩;
(2)力对图中轴OC之矩,点C坐标为(3,0
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