刚体静力学

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工程力学-刚体静力学

工程力学-刚体静力学
(2)约束的特点:只能限制物体沿柔索伸长方向的运动;
(3)约束反力的特点:沿柔索中心线,指离被约束物体, 仅能承受拉力,不能承受压力。
2、光滑接触面
(1)约束在工程应用中实例: 物体放置在光滑地面上或搁 置在光滑槽体内;
(2)约束的特点:被约束物体可沿接触面滑动,但不能沿 接触面公法线方向压入接触面;
M M
A B
( (
F F
) )

0 0
MC (F ) 0
A, B,C 三个取矩点,不得共线

Fx M
A(
0 F
)

0
A, B 两个取矩点连线
M B (F ) 0
不得与投影轴垂直
空间汇交力系
F R
F i
Fx 0
Fy 0 Fz 0
当研究物体在力系作用下的内部效应时,不能忽略物体变 形的作用,这正是材料力学研究的问题。
力对刚体的作用效果: 平动 和 转动
刚体静力学
平动: 刚体在力的作用下沿某一方向的直线运动的状态发生改变。
平动特点:刚体内任意两点的连线在运动过程中保持平行。
平动效果由作用在刚体上的力的大小和方向来衡量 F ma
平动平衡:静止或者匀速直线运动 F 0 a 0
转动: 刚体在力的作用下绕一根轴匀速或者加速旋转。 转动特点:刚体上所有点都绕某一条直线作圆周运动。
定点转动(陀螺)、定轴转动(门)、平面运动(车轮) 转动效果由作用在刚体上的力对转轴的矩的大小和方向来衡量
M J
转动平衡:静止或者匀速转动 M 0 0
(3)可动铰支座 在固定铰支座的底部安放若干滚子,并与支撑面连接,则构成 了活动铰支座约束,又称辊轴支座。

理论力学中的静力学平衡条件与应用

理论力学中的静力学平衡条件与应用

理论力学中的静力学平衡条件与应用在理论力学中,静力学是研究物体处于平衡状态时的力学原理和条件。

静力学平衡条件是判断物体是否处于平衡状态的基本准则。

本文将对理论力学中的静力学平衡条件进行分析,并探讨其在实际应用中的意义。

1. 刚体静力学平衡条件在理论力学中,刚体是指其形状和体积在外力作用下保持不变的物体。

刚体静力学平衡条件是判断刚体是否处于平衡状态的基本原理。

根据刚体静力学平衡条件,一个刚体处于平衡状态需要满足以下两个条件:- 力的平衡条件:合力为零。

即作用在刚体上的所有力的矢量和等于零。

- 力矩的平衡条件:合力矩为零。

即作用在刚体上的所有力矩的代数和等于零。

2. 非刚体静力学平衡条件在实际应用中,许多物体并不是刚体,而是由多个部分组成的弹性体。

对于非刚体的情况,同样存在静力学平衡条件来判断物体是否处于平衡状态。

非刚体静力学平衡条件包括以下几个方面:- 力的平衡条件:合力为零。

即作用在物体上的合外力等于零,物体保持静止。

- 力矩的平衡条件:合力矩为零。

即作用在物体上的合外力矩等于零,物体不会产生旋转。

- 形变平衡条件:物体内部各部分之间应满足力的平衡条件和形变的平衡条件,使得物体整体保持平衡。

3. 静力学平衡条件的应用静力学平衡条件在工程学、建筑学和力学等领域有着广泛的应用。

以下是一些典型的应用场景:- 结构力学:静力学平衡条件可用于判断建筑物、桥梁和机械结构等是否处于稳定的平衡状态,从而确保其安全性。

- 弹性体力学:静力学平衡条件可用于分析和设计材料的弹性性能,求解材料的应力和变形分布。

- 静力学问题求解:通过应用静力学平衡条件,可以解决一些静力学问题,如悬臂梁的荷载计算、桥梁上的力的平衡等。

4. 实例分析以建筑结构为例,应用静力学平衡条件可以分析房屋的支撑结构是否稳定。

在设计房屋的支撑结构时,需要考虑以下几个方面:- 力的平衡条件:房屋所受的重力需要通过支撑结构的柱子、墙壁等来承受,使得合力为零,保持平衡。

静力学刚体的基本运动和速度

静力学刚体的基本运动和速度
的单值连续函数
f(t)
这就是刚体的定轴转动运动 方程。
如已知这个方程,则刚体在 任一瞬时的位置就可以确定。
§2-2 刚体的定轴转动
2. 角速度 转角φ对时间的导数,称为刚体的角速度,以ω表示。
故有
df(t)
dt (1)、角速度的大小表示刚体在该瞬时转动的快慢,即 单位时间内转角的变化。
(2)、当转角φ随时间而增大时,ω为正值,反之为 负值,这样,角速度的正负号确定了刚体转动的方向。
§2-1 刚体的平移
刚体的平移 平移的特点
§2-1 刚体的平移
一、 刚体平移的定义 在运动过程中,刚体上任意一条直线的方位都保持不
变。具有这种特征的刚体运动,称为刚体的平行移动,简 称为平移。
1. 刚体的平移
§2-1 刚体的平移
平移的实例
刚体的平移
§2-1 刚体的平移
平移的实例
刚体的平移

vB vA
z
B2
B
B1
上式再对时间t求导一次,即得
vB
aB aA
rB
A2
即,在每一瞬时,平移刚体 内任意两点的速度和加速度 O
A rA
vA A1
y
分别相等。
x
§2-1 刚体的平移
平移刚体上各点的速度
平移的特点
§2-1 刚体的平移
平移刚体上各点的加速度
平移的特点
§2-1 刚体的平移
平移的特点
为时 位为
rad。试求当t=0和t=2 s时,荡木
的中点M的速度和加速度。
例题 2-1
§2-1 刚体的平移
例题 2-1
O1 φl
A O
(+)
O2

建筑力学-单元1 刚体静力学

建筑力学-单元1 刚体静力学
(1) 柔体约束(柔索约束) 柔体约束的约束反力通过接触点,其方向沿着柔
体约束的中心线且背离物体(为拉力)。这种约束反 力通常用T表示。
(2) 两个相互接触的物体,如果接触面上的摩擦力很小
而略去不计,那么由这种接触面所构成的约束,称为 光滑接触面约束。
光滑接触面的约束反力通过接触点,其方向沿着接 触面的公法线且指向物体。通常用N表示(图1.15)。
和活荷载; 3、按作用的大小和方向是否随时间而发生变化可分
为静荷载和动荷载。 主要讨论集中荷载、均布荷载问题。
集 中 荷 载
汽车通过轮胎作用在桥面上的力
分 布 荷 载
桥面板作用在钢梁的力
均布荷载
1.3 约束与约束反力
1.3.1 约束与约束反力的概念
在工程结构中,每一构件都根据工作要求 以一定的方式和周围的其他构件相互联系着, 它的运动因而受到一定的限制。一个物体的运 动受到周围物体的限制时,这些周围物体称为 该物体的约束。
推论 作用在刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任一 点,而不改变该力对刚体的作用效应。 证明:设力F作用在刚体的A点,如图1.6所示。 在实践中,经验也告诉我们,在水平道路上用水平 力F推车(图1.7(a))或沿同一直线拉车(图1.7(b)),两者对 车(视为刚体)的作用效应相同。
2.加减平衡力系公理

力使物体运动状态发生改变,称为力的外
效应。而力使物体形状发生改变,称为力的内
效应。

在分析物体受力情况时,必须分清哪个是
受力物体,哪个是施力物体。
1 .力的三要素

实践证明,力对物体的作用效应决定于三
个要素:(1) 力的大小;(2) 力的方向;(3) 力的
作用点。这三个要素称为力的三要素。

工程力学第二章基本理论

工程力学第二章基本理论

力在任一轴上的投影可求,力
沿一轴上的分量不可定。
8
合力投影定理:合力在任一轴上的投影等于各分 力在该轴上之投影的代数和。
由合力投影定理有:
ac-bc=ab FRx=F1x+F2x+…+Fnx=Fx
FRy=F1y+F2y+…+Fny=Fy
正交坐标系有: FRx = FRx ; FRy = FRy
FR
非自由体: 运动受到限制的物体。
吊重、火车、传动轴等
FT

W
约束:
限制物体运动的周围物体。如绳索、铁轨、轴承。
约束力: 约束作用于被约束物体的力。
是被动力,大小取决于作用于物体的主动力。
作用位置在约束与被约束物体的接触面上。
作用方向与约束所能限制的物体运动方向相反。
20
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约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。
1
一般问题
(复杂问题)
抽象与简化 分析求解
验证
基本问题:
(1)受力分析—分析作用在物体上的各种力 弄清被研究对象的受力情况。
(2)平衡条件—建立物体处于平衡状态时, 作用在其上各力组成的力系 所应满足的条件。
(3)应用平衡条件解决工程中的各种问题。
2
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第二章 刚体静力学基本概念与理论
2.1 力 2.2 力偶 2.3 约束与约束反力 2.4 受力图 2.5 平面力系的平衡条件
G
返回3主0目录
3)可确定作用点的约束
固定铰链: 约束反力FRA,过铰链中心。
大小和方向待定,用FAx、FAy表示
y
FAy
FA FAy
A
FAx

刚体的静力学与动力学

刚体的静力学与动力学

刚体的静力学与动力学刚体是物理学中的重要概念之一,它是指一类在力的作用下没有形变的物体。

刚体的运动可以通过静力学和动力学来描述。

本文将对刚体的静力学和动力学进行探讨。

一、刚体的静力学静力学研究的是物体在力的作用下处于静止状态的力学性质和规律。

对于刚体的静力学分析,我们需要了解以下几个基本概念和定律。

1. 力矩力矩是刚体静力学中的重要概念,它描述了力对刚体产生转动的效应。

力矩等于力乘以作用点到旋转轴的距离,可以用以下公式表示:M = F × d其中,M表示力矩,F表示力的大小,d表示作用点到旋转轴的距离。

2. 杠杆原理杠杆原理是刚体静力学中的基本原理之一,它描述了力矩的平衡条件。

根据杠杆原理,如果一个杠杆系统在平衡状态下,力矩的总和为零:ΣM = 0即所有力矩的代数和等于零。

3. 平衡条件在刚体的静力学中,平衡条件是指物体在力的作用下保持平衡的条件。

根据平衡条件,刚体在平衡状态下,必须满足以下两个条件:(1) 力的合力为零,即ΣF = 0;(2) 力矩的总和为零,即ΣM = 0。

二、刚体的动力学动力学研究的是物体在力的作用下的运动学性质和规律。

对于刚体的动力学分析,我们需要了解以下几个基本概念和定律。

1. 动量和角动量动量是刚体动力学中的重要概念,它描述了物体的运动状态。

对于一个刚体,其动量等于质量乘以速度,可以用以下公式表示:p = mv其中,p表示动量,m表示质量,v表示速度。

角动量是刚体动力学中与转动相关的物理量,对于一个刚体,其角动量等于惯性矩乘以角速度,可以用以下公式表示:L = Iω其中,L表示角动量,I表示惯性矩,ω表示角速度。

2. 牛顿第二定律牛顿第二定律是刚体动力学的基本定律之一,它描述了力对物体的加速度产生的影响。

对于一个刚体,其受力等于质量乘以加速度,可以用以下公式表示:F = ma其中,F表示力,m表示质量,a表示加速度。

3. 动力学定律刚体的动力学定律包括动量定理和角动量定理。

运动力学刚体的平衡与静力学问题

运动力学刚体的平衡与静力学问题

运动力学刚体的平衡与静力学问题运动力学刚体的平衡和静力学问题是刚体力学中非常重要且常见的研究课题。

在这篇文章中,我们将讨论刚体平衡和静力学问题的一些基本概念和解决方法。

一、平衡的概念平衡是指物体处于静止状态或者匀速直线运动的状态。

对于刚体来说,平衡需要满足两个条件:力的合力为零,力的力矩为零。

力的合力为零意味着物体不受合外力的作用;力的力矩为零意味着物体不受合外力矩的作用。

二、平衡的条件为了实现平衡,刚体必须满足以下条件:1. 合力为零:合力(包括作用在刚体上的所有力矢量的矢量和)必须为零,否则刚体将出现加速度。

2. 力矩为零:刚体上作用的力产生的力矩(力乘以力臂,即力到刚体固定轴的垂直距离)的代数和必须为零。

三、静力学问题的解决方法静力学问题是讨论物体处于静止状态时的问题。

根据力和力矩的定义,我们可以通过以下步骤解决静力学问题:1. 绘制力的示意图:将作用在刚体上的所有力绘制成矢量图,这有助于我们清楚地理解问题。

2. 分解力:将力分解为沿坐标轴方向的分力和垂直于坐标轴方向的分力。

3. 求解合力:将沿坐标轴方向的分力相加,得到合力。

4. 求解力矩:对于充当杆的刚体,我们可以通过选择适当的支点计算力矩。

使用力乘以力臂的公式,计算每个力产生的力矩,并将它们相加。

5. 检查平衡条件:确保合力和力矩都为零。

如果不为零,则刚体不处于平衡状态。

四、平衡的应用举例平衡的概念和方法在日常生活和工程中都有广泛的应用。

以下是一些常见的例子:1. 摆钟:摆钟的平衡取决于重力和摆线的长度。

2. 桥梁:桥梁的平衡必须考虑到桥墩和主梁的力矩平衡。

3. 支架:支架的平衡用于支撑其他结构或物体。

4. 机械装置:机械装置中的各个部件必须在平衡状态下工作,以确保正常运转和安全性。

五、结论运动力学刚体的平衡与静力学问题是刚体力学中的重要内容。

理解平衡的概念和条件,并掌握解决静力学问题的方法,对于确保物体处于平衡状态具有重要意义。

通过应用平衡原理,我们可以解决日常生活和工程中的各种平衡问题,并为实际问题的解决提供有力支持。

刚体静力学基础

刚体静力学基础
哈尔滨师范大学-通用技术
工程力学
第一章 刚体静力学基础
刚体静力学以刚体为研究对象。所谓刚体,是受力时不变形的物体。刚体 静力学的任务是研究物体的受力分析、力系的等效替换和各种力系的平衡条件 及其应用。刚体静力学在工程中有广泛的应用,同时其它力学分支的基础。
本章介绍刚体静力学理论的基础知识,包括力和力矩的概念,静力学公理 和任意力系的简化方法。
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态保持不变。若拉力改成压力,则柔绳不 能平衡,就不能将其刚化。
公理五表明,变形体的平衡条件包括 了刚体的平衡条件。因此,可以把任何已 处于平衡的变形体看成是刚体,而对它应 用刚体静力学的全部理论。这就是公理五 的意义所在。
图1–13 刚化公理
1.3 力偶及其性质
● 力偶
图1–10表示了力的可传性的证明思路,其中 F2 F1 F 。显然,公理二及 其推论也都只适用于刚体而不适用于变形体。对于变形体,力将产生内效应, 当力沿作用线移动时,将改变它的内效应。
● 公理三 力的平行四边形公理
作用在物体上同一点的两个力,可以合成一个力。合力的作用点仍在该点, 合力的大小和方向,由这两个力为邻边的平行四边形的对角线确定。
(1–1)
Fx F k F cos
其中 、 和 是力 F 与各坐标轴的正向夹角,如图1–1所示。显然,力在轴上
的投影是代数量。
如已知力在各轴上的投影,则可将力沿直角坐标轴分解
F Fxi Fy j Fz k
(1–2)
如图1–2所示,计算力在直角坐标轴上的投影,也可以使用二次投影法。 Fx Fxy cos F sin cos
平衡时,此三力的作用线必然交汇于同一点。简称三力汇交定理。

第1章 刚体静力学基础

第1章 刚体静力学基础

第1篇 静力学引言静力学是研究物体在力系作用下的平衡规律及其应用的科学。

其理论和方法不仅是工程构件静力设计的基础,而且在解决许多工程技术问题中有着广泛应用。

力,是物体间相互的机械作用,这种作用将使物体的运动状态发生变化(称为力的运动效应,即外效应),或使物体发生变形(称为力的变形效应,即内效应)。

力的内、外效应总是同时产生的。

在静力学中,所指的物体都是刚体,这是一种理想化的力学模型,不考虑力的变形效应。

实践表明,力的效应唯一地决定于力的三要素:(1)力的大小;(2)力的方向;(3)力的作用位置或作用点。

因此,力是矢量,用F 表示,而F 仅仅表示力的大小。

在国际单位制中,力的单位是N 或kN 。

力系,是作用在物体上的力的集合。

对同一物体产生相同作用效应的力系称为等效力系。

如果某力系与一个力等效,则这个力称为该力系的合力,而力系中的各个力称为此合力的分力。

作用于刚体并使刚体保持平衡的力系称为平衡力系,或称零力系。

静力学主要研究以下三个方面的问题:1、物体的受力分析分析物体受几个力作用,以及每个力的作用位置。

2、力系的等效替换(或简化)将作用在物体上的一个力系用与它等效的另一个力系来替换,称为力系的等效替换。

如果用一个简单力系等效替换一个复杂力系,则称为力系的简化。

3、力系的平衡条件研究作用在刚体(系)上的力系使刚体(系)保持平衡时所需满足的条件。

在刚体静力学的基础上,考虑变形体的特性,可进一步研究变形体的平衡问题。

第1章 刚体静力学基础本章阐述静力学公理,并介绍工程中常见的约束和约束力分析,以及物体的受力分析。

同时,介绍力学模型及力学建模的概念。

§1.1 静力学公理在力的概念形成的同时,人们对力的基本性质的认识逐步深入。

静力学公理就是对力的的基本性质的概括与总结,它们以大量的客观事实为依据,其正确性已为实践所证实。

公理1 二力平衡条件作用在刚体上的两个力使刚体保持平衡的充要条件是:这两个力的大小相等,方向相反,且作用在同一直线上。

0第七章 刚体静力学基础

0第七章  刚体静力学基础

二、理想约束类型和确定约束力方向的方法
(一) 理想刚性约束的常见类型 1.光滑接触面约束 2.光滑铰链约束 (1)固定铰链支座 (2)滚动铰链支座 (3)铰链 (4)球形铰链
1.光滑接触面约束 约束反力作用在接触点处,方向沿公法线,指向受力物体
P P
N N NA
NB
N
N
凸轮顶杆机构
N
2.光滑铰链约束 (1)固定铰支座 物体与固定在地基或机架上的支座有相同直径的孔,用 一圆柱形销钉联结起来,这种构造称为固定铰支座。
1. 不要漏画力 除重力、电磁力外,物体之间只有通过接触 才有相互机械作用力,要分清研究对象(受 力体)都与周围哪些物体(施力体)相接触, 接触处必有力,力的方向由约束类型而定。
要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对 2. 不要多画力 于受力体所受的每一个力,都应能明确地指出 它是哪一个施力体施加的。
推论2:三力平衡汇交定理 刚体受三力作用而平衡,若其中两
力作用线汇交于一点,则另一力的作
用线必汇交于同一点,且三力的作用 线共面。(必共面,在特殊情况下,
力在无穷远处汇交—平行力系。) [证] ∵ F1 , F2 , F3 为平衡力系,
∴ FR , F3 也为平衡力系。 又∵ 二力平衡必等值、反向、共线, ∴ 三力 F , F , F 必汇交,且共面。 1 2 3
固定铰支座
固定铰支座

固定铰支座
(2)滚动铰链支座 工程结构中为了减少因温度变化而引起的约束力,通 常在固定铰链支座的底部安装一排辊轮或辊轴,可是支座 沿固定支承面只有移动,这种约束称为滚动铰链支座。
滚动铰链支座
上摆
销钉 底板 滚轮
滚动铰链支座
滚动铰链支座

刚 体 静 力 学

刚 体 静 力 学

刚体静力学静力学研究物体在力系作用下平衡的普遍规律,静力学研究物体在力系作用下平衡的普遍规律,即研究物体平衡时作用在物体上的力应该满足的条件。

即研究物体平衡时作用在物体上的力应该满足的条件。

在本篇的静力学分析中,我们将物体视为刚体。

在本篇的静力学分析中,我们将物体视为刚体。

刚体静力学主要研究三方面的问题: 静力学主要研究三方面的问题: (1)刚体的受力分析;刚体的受力分析;(2)力系的等效与简化;力系的等效与简化;(3)力系的平衡条件及应用。

力系的平衡条件及应用。

第一章刚体的受力分析第一节基本概念一、力的概念人用手拉悬挂着的静止弹簧,人用手拉悬挂着的静止弹簧,人手和弹簧之间有了相互作这种作用引起弹簧运动和变形。

运动员踢球,用,这种作用引起弹簧运动和变形。

运动员踢球,脚对足球的力使足球的运动状态和形状都发生变化。

的力使足球的运动状态和形状都发生变化。

太阳对地球的引力使地球不断改变运动方向而绕着太阳运转。

力使地球不断改变运动方向而绕着太阳运转。

锻锤对工件的冲击力使工件改变形状等。

人们在长期的生产实践中,冲击力使工件改变形状等。

人们在长期的生产实践中,通过观察分析,逐步形成和建立了力的科学概念:观察分析,逐步形成和建立了力的科学概念:力是物体之间的相互机械作用,的相互机械作用,这种作用使物体的运动状态发生变化或使物体形状发生改变。

物体运动状态的改变是力的外效应,物体形状发生改变。

物体运动状态的改变是力的外效应,物体形状的改变是力的内效应。

体形状的改变是力的内效应。

实践证明,力对物体的内外效应决定于三个要素:实践证明,力对物体的内外效应决定于三个要素:(1)力的大小;()力的方向;()力的作用点。

)力的大小;(2)力的方向;(3)力的作用点。

;(;(力的作用点表示力对物体作用的位置。

力的作用位置,力的作用点表示力对物体作用的位置。

力的作用位置,实际中一般不是一个点,实际中一般不是一个点,而往往是物体的某一部分面积或体积。

工程力学 第1章 刚体静力学

工程力学 第1章 刚体静力学

FBx B
FT F By
D
A
CB
W
A FAx
F Ay
FC F By
CB FBx
FT FD D
W C FC
动脑又动笔
在图示的平面系统中,匀质球 A 重G1,借本身重量和摩擦不计 的理想滑轮C 和柔绳维持在仰角
是的光滑斜面上,绳的一端挂着
重G2的物块B。试分析物块B ,球 A和滑轮C的受力情况,并分别画 出平衡时各物体的受力图。
证明∶
作用于刚体上某点的力,
可以沿着它的作用线移到刚
体内任意一点,并不改变该 FF
力对刚体的作用。
A
FF22 BB
F1
F = F2 =- F1
讨论
①力的可传性。 ②力的三要素∶力的大小、方向和作用线。
③力是滑动矢量。
刚 体
F
F

× ①力的可传性。
形 ②力的三要素∶力的大小、方向和作用点。 体
③力是定位矢量。
第一章 刚体静力学基本概念
本章内容 2.1 静力学基本概念 2.2 约束和约束力 2.3 受力图 本章内容小结 综合练习
本章基本要求
正确掌握力等基本概念和静力学公理。 正确熟练地掌握各种约束类型的性质画出相应的约束力。
能熟练地进行受力分析,正确地画出受力图。
2.1 静力学基本概念
1. 力的基本概念
FC C
FB B

以 BC



B对
FB

讨论
FC
A
B
FC
A F NA
B F NB
讨论 F
以整体为研究对象
C
FC CC
FF

刚体运动和静力学

刚体运动和静力学

平衡条件:作用在 刚体上的合外力为 零,且合外力矩也 为零。
平衡方程:刚体的 平衡可以用力的平 衡方程和力矩的平 衡方程来表示。
平衡稳定性:平衡 状态是否稳定取决 于合外力矩是否为 零。
摩擦力和重力
静力学基础:研究物体在静止状态下的受力情况 摩擦力:物体在接触表面上的阻力 重力:地球对物体的吸引力 平衡状态:物体在受力作用下保持静止或匀速直线运动的状态
力的定义和性质
力的定义:力是物体之间的相互作用,能够改变物体的运动状态或使物体发生形变。
力的性质:力具有矢量性、物质性和相互性。
力的表示方法:在物理学中,力用实线矢量表示,箭头指向力的方向,用字母F表示。
力的单位:国际单位制中的基本单位是牛顿(N),常用的单位还有千克力(kgf )、公制力(lbf ) 等。
力的合成与分解
力的合成:将 两个或多个力 按照平行四边 形法则进行组 合,得到合力。
力的分解:将 一个力按照平 行四边形法则 分解为两个或
多个分力。
力的平衡:物体 在受到两个或多 个力作用时,保 持静止或匀速直
线运动状态。
力的矩:描述 力对物体转动 效应的物理量。
平衡状态和平衡条件
平衡状态:刚体在 力的作用下保持静 止或匀速直线运动 的状态。
静力分析与动力学分析的区别与联系:静力分析关注物体在力的作用下保持平衡的规律, 动力学分析关注物体运动状态随时间变化的规律。静力分析是动力学分析的基础,动力 学分析是在静力分析的基础上进一步研究物体运动状态变化的规律。
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刚体的动量、角动量和力矩
刚体的动量:表 示刚体运动状态 的物理量,等于 刚体的质量与速
度的乘积。
刚体的角动量: 描述刚体绕固定 点旋转运动的物 理量,等于刚体 的转动惯量与角

只适用于刚体的静力学公理

只适用于刚体的静力学公理

只适用于刚体的静力学公理1.引言1.1 概述静力学公理是力学领域中的基本原理之一,它在描述刚体的静力学问题时具有重要的应用价值。

静力学公理假设刚体处于静止状态时,力的作用仅仅与刚体本身的几何形状和力的大小有关,而与力的作用点和作用方向无关。

在静力学公理中,刚体被认为是一个由无限个无限小微团组成的系统,无论是内力还是外力,都可以看作是这些微团之间的相互作用引起的。

这个公理的基本前提是刚体具有稳定的结构,其内部微团之间的相互作用力使得刚体保持静止,即不产生任何形变和运动。

静力学公理的适用范围主要限制在刚体系统上。

刚体是指具有固定几何形状的物体,其各个部分在受力作用下不产生相对位移。

这一特性使得刚体可以通过应用静力学公理进行分析和求解,从而预测和解释刚体在各种条件下的静力学行为。

通过研究刚体的静力学性质,可以得出许多重要结论和定理,这些定理不仅对工程学科具有重要意义,而且在建筑设计、材料力学等领域中也有广泛的应用。

例如,在建筑桥梁的设计中,静力学公理可以用来确定桥梁的稳定性和结构承载能力;在工程机械的设计中,静力学公理可以用来优化机械结构和增强工作效率。

总之,静力学公理作为刚体力学分析的基础,为我们研究刚体的静力学行为提供了重要的理论工具。

通过应用静力学公理,我们可以深入理解刚体的特性和行为,并将其应用于实际工程和科学研究中。

1.2 文章结构本文将围绕"只适用于刚体的静力学公理"这一主题展开深入研究。

文章整体结构安排如下:第一部分是引言部分,共计三小节。

首先,我们将在1.1概述中对静力学公理的概念进行简要介绍,以引起读者的兴趣。

接着,在1.2文章结构中,我们将具体介绍文章的结构框架,帮助读者更好地理解本文的组织和内容。

最后,在1.3目的部分,我们将明确本文的研究目标和意义,明确为什么我们要研究只适用于刚体的静力学公理。

第二部分为正文部分,共计两小节。

首先,在2.1静力学公理的定义中,我们将详细解释什么是静力学公理以及它的基本定义。

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第二章 刚体静力学基础
基本概念 公理 约束与约束反力 受力分析
1、平衡的概念
静力学是研究物体在力系作用下的平衡条件的科学。 刚体——在外界的任何作用下形状和大小都始终保持不变
的物体。 或者在力的作用下,任意两点间的距离
保持不变的物体。 刚体是一种理想的力学模型。 一个物体能否视为刚体,不仅取决于变形的大小,而且和 问题本身的要求有关。
活页铰(蝶形铰)约束
固定端(插入端)约束
弹性约束
物体的受力分析及受力图
1.受力分析:就是定性分析研究对象可能受到的全 部主动力和约束反力。 2.受力分析的方法:是解除研究对象的约束,画出 研究对象的受力图。 3.受力图:在研究对象(分离体)上画出其所受的 全部主动力和约束反力。
4.画约束反力的有关注意事项:
确定反力的方向和作用线 约束反力由主动力引起,随主动力的改变而改变,属被动力
平面约束:(1)柔索约束(不计自重的绳索、胶带、链条等)
(2)光滑接触表面(线、点)约束 (3)光滑圆柱形铰链约束
(4)滚动铰支座约束
(5)链杆约束(沿连杆中心线指向或背离物体) (6)固定(嵌入)端约束
(7)定向约束(双链杆约束)
(1)根据约束的性质来画 (2)根据力的有关性质来画 ①作用力与反作用力 ②力偶的性质
③三力平衡汇交定理
受 力 分 析 示 例 (1)
画受力图步骤: 1.取 隔 离 体 2.画主动力
W FRA FRB
3.画约束反力
受 力 分 析 示 例 (2)
计算简图 画受力图步骤: 1.取 隔 离 体 2.画主动力
(2)力系的简化,即用一个简单的力系等效替换一个 复杂的力系。 (3)建立各种力系的平衡条件。 建立力系的平衡条件是刚体静力学的主要内容。 刚体静力学是工程力学的基础部分。
第二节 刚体静力学公理
公理一 力的平行四边形法则 作用于物体上同一点的两个力可以合成为作用于该点 的一个合力,它的大小和方向由以这两个力为邻边所构成 的平行四边形的对角线确定。 F2 即,合力为两分力的矢量和。 矢量表达式:FR= F1+F2 FR
平衡:是指物体相对于惯性参考系保持静止或匀速直线运动。
2、力的概念
1.力的定义 力是物体相互间的机械作用,其作用结果使 物体的形状和运动状态发生改变。 外效应(运动效应)—改变物体运动状态的效应。
2. 力的效应
内效应(变形效应)—引起物体变形的效应。 大小 3. 力的三要素 方向 作用点 确定力的必要因素
二力杆( 二力构件)
FB FA
AB 杆的受力图
取隔离体
三力汇交
8
推论1
Hale Waihona Puke 力的可传性作用于刚体上某点的力可沿其作用线移动到刚体内
的任一点,而不改变该力对刚体的作用效应。
F1 F2 F1
B F A
B
B
=
F A
=
A
F1 = -F2 = F
作用在刚体上的力是滑动矢量,力的三要素为大小、 方向和作用线。
9
推论2
三力平衡汇交定理
若刚体在三个力作用下平衡,其中两力的作用线 汇交于一点,则第三个力的作用线必过此汇交点,且 三力共面。 证明: A A3 F3 F3
3、力的基本计算
力对物体的运动效应:移动和转动
移动——力的投影计算【一次(直接)投影法、二次(间接)投影法】
转动——力矩计算
4、力偶的概念
大小相等、方向相反且不共线的一对平行力。 力偶臂——两力作用线间的垂直距离。 平面力偶矩——代数量,绝对值大小=力的大小x 力偶臂。 符号:使刚体逆时针转向转动为正。
5、力系的概念
力系:是指作用于物体上的一群力。 按其作用线所在空间的位置 平面力系
空间力系
力系的分类
汇交力系 力偶系 按其作用线之间相互关系 平行力系
任意力系 等效力系:两个力系分别作用于同一物体上产生相同效应。 平衡力系:使物体处于平衡状态的力系
6、刚体静力学研究的基本问题
主要研究三类问题
(1)物体的受力分析;
A
F1
表明了最简单力系的简化规律,是复杂力系简化的基础。
7
公理二 二力平衡公理 作用在同一刚体上两个力,使刚
体平衡充要条件是:两个力的大小相
等、方向相反,并且在同一直线上。
F1 F2
最简单力系的平衡条件。二力体(二力构件)?二力杆? 公理三 加减平衡力系公理 在作用于刚体的任意力系上,加上或减去任意平衡力系 ,不改变原力系对刚体的作用效应。
FR
辊 轴
(实际约束中FR方向也可以向下)
A
FAx
FAy
固定铰支座
约束反力作用在与销钉轴线垂直的平面内,并通过销钉中心 销钉与孔壁间的接触面不定,所以反力的方向待定
FRy
FRx
滚 珠 ( 柱 ) 轴 承
滑动轴承
止推轴承
FRy


FRz
FRx
限制球心不能有任何移动,但是物体可以绕球心任意转动 约束反力必通过球心,方向待定
3.画约束反力
受 力 分 析 示 例 (3)
画受力图步骤: 1.取 隔 离 体 2.画主动力 3.画约束反力
受 力 分 析 示 例 (4)
1.画出圆盘的受力图 2.比较AB 杆与BC 杆的受力
圆盘的受力图
B C杆的受力图
AB 杆的受力图
取 隔 离 体
FBC ´
B C杆的受力图
FBC
C
取隔离体
空间约束:(1)空间球铰约束 (2)空间柱状铰约束和蝶状铰约束
(3)空间固定端约束
(4)滑动轴承约束和止推轴承
FR
柔 索 约 束
缆 索
沿柔索中心线背离被约束物体,表现为拉力
返回
FR
光 滑 面 约 束
作用在接触点处,沿该点接触面的公法线指向被约束体
FR
用铰链连接的杆
销 钉
销钉 (铰链)
FRy FRx
10
F1 A1 A2 F2 F1 A A3
F
=
F2
公理四
作用和反作用力定律
两物体间相互作用的力总是大小相等、方向相反、沿 同一直线,同时分别作用在这两个物体上。
F F
在画物体受力图时要注意此公理的应用。
与二力平衡公理的区别?
11
第三节
约束和约束反力
自由体——可以自由运动,位移不受任何限制 非自由体——位移受到限制,某些方向不能发生运动 约束——对非自由体的某些位移起约束作用的周围物体 约束反力(反力):方向与约束所能阻碍的物体的运动趋势 方向相反
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