哈工大版理论力学课件PPT幻灯片课件
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ppt版本——哈工大版理论力学课件(全套)04
因为在公法线上有 Fy 0 FN FR cosq
A
j
FRA jf
而 F Rx F R sinq F R cosq tanq FN tanq FN tanjf F max
所以在切线上必然平衡。
理论力学
9
第9页，共43页。
2、如果全部主动力的合力FR 的作用线在摩擦角jf之外，则
jf
jf
无论这个力怎样小，物块一定
几何法：因为A、D两点同时达到临界状
态，所以两点处的全约束力与法线的夹
角均为摩擦角j，画受力图如图所示。
∆ACE
CE
b
sin[900 ( j)] sinj
fBs R D
R
E
-j
j
max A
∆CDE
cos( j)
CE
sinj b
CD CE
sin( j) sin(90j)
CD
CE sin( j) cosj
3、 特征：
大小：0 F S Fmax（平衡范围）满足Fx 0
静摩擦力特征：方向：与物体相对滑动趋势方向相反
定律： Fmax fS FN
（ f s只与材料和表面情况有关，与接触面积大小无关。）
二、动滑动摩擦力 （与静滑动摩擦力不同的是产生了滑动）
大小： Fd f FN
（无平衡范围）
动摩擦力特征：方向：与物体运动方向相反
理论力学
1
第1页，共43页。
前几章我们把接触表面都看成是绝对光滑的，忽略 了物体之间的摩擦，事实上完全光滑的表面是不存在的， 一般情况下都存在有摩擦。[例]
平衡必计摩擦
按接触面的运动情况看摩擦分为：
滑动摩擦，滚动摩擦
理论力学
A
j
FRA jf
而 F Rx F R sinq F R cosq tanq FN tanq FN tanjf F max
所以在切线上必然平衡。
理论力学
9
第9页，共43页。
2、如果全部主动力的合力FR 的作用线在摩擦角jf之外，则
jf
jf
无论这个力怎样小，物块一定
几何法：因为A、D两点同时达到临界状
态，所以两点处的全约束力与法线的夹
角均为摩擦角j，画受力图如图所示。
∆ACE
CE
b
sin[900 ( j)] sinj
fBs R D
R
E
-j
j
max A
∆CDE
cos( j)
CE
sinj b
CD CE
sin( j) sin(90j)
CD
CE sin( j) cosj
3、 特征：
大小：0 F S Fmax（平衡范围）满足Fx 0
静摩擦力特征：方向：与物体相对滑动趋势方向相反
定律： Fmax fS FN
（ f s只与材料和表面情况有关，与接触面积大小无关。）
二、动滑动摩擦力 （与静滑动摩擦力不同的是产生了滑动）
大小： Fd f FN
（无平衡范围）
动摩擦力特征：方向：与物体运动方向相反
理论力学
1
第1页，共43页。
前几章我们把接触表面都看成是绝对光滑的，忽略 了物体之间的摩擦，事实上完全光滑的表面是不存在的， 一般情况下都存在有摩擦。[例]
平衡必计摩擦
按接触面的运动情况看摩擦分为：
滑动摩擦，滚动摩擦
理论力学
本——哈工大版理论力学课件(全套)
连，在图示位置圆柱作纯滚动，中心速度为vA，杆与水平线 的夹角=450，求该瞬时系统的动能。
解： T TA TAB
P
B
TA 3 Mv A 2 4
P为AB杆的瞬心 vA
PAw
C
vA
A
vA
wΑΒ lsin
JP 1 ml 2 3
TAB
2 JP wA2B
1 6si2n
mv 3
mvA2 AT
11 12
9M 4m 2 vA
z1 O
M
M2
mg z2
y
代入功的解析表达式得
z2
W 12 (mg)dz mg(z z z1
x
1 2)
质点系： W W imig(zi1 zi2) mg(zC1 zC2)
质点系重力的功，等于质点系的重量与其在始末位置重 心的高度差的乘积，而与各质点运动的路径无关。
h
4
理论力学
4
2、弹性力的功 弹簧原长l0，作用点的轨迹为图示曲线A1A2。在弹性极限内F k(r l0)r 0 k—弹簧的刚性系数，表示使弹簧发生单位变形时所需的力(N/m)。
F s
M1
s
2
单位：焦耳（Ｊ）； 1J 1Nm
h
理论力学
F M2
2
2
2
二、变力的功 设质点M在变力F的作用下沿曲线运动，力F在微小弧
段上所作的功称为力的元功，记为dW，于是有
δW Fcos ds
ds M'
M2
力F在曲线路程M1M2中作功为
M
W
s
F cosds
0
自然法表示的 功的计算公式
dr F
等于零，但变形体内力功之和不为零。
解： T TA TAB
P
B
TA 3 Mv A 2 4
P为AB杆的瞬心 vA
PAw
C
vA
A
vA
wΑΒ lsin
JP 1 ml 2 3
TAB
2 JP wA2B
1 6si2n
mv 3
mvA2 AT
11 12
9M 4m 2 vA
z1 O
M
M2
mg z2
y
代入功的解析表达式得
z2
W 12 (mg)dz mg(z z z1
x
1 2)
质点系： W W imig(zi1 zi2) mg(zC1 zC2)
质点系重力的功，等于质点系的重量与其在始末位置重 心的高度差的乘积，而与各质点运动的路径无关。
h
4
理论力学
4
2、弹性力的功 弹簧原长l0，作用点的轨迹为图示曲线A1A2。在弹性极限内F k(r l0)r 0 k—弹簧的刚性系数，表示使弹簧发生单位变形时所需的力(N/m)。
F s
M1
s
2
单位：焦耳（Ｊ）； 1J 1Nm
h
理论力学
F M2
2
2
2
二、变力的功 设质点M在变力F的作用下沿曲线运动，力F在微小弧
段上所作的功称为力的元功，记为dW，于是有
δW Fcos ds
ds M'
M2
力F在曲线路程M1M2中作功为
M
W
s
F cosds
0
自然法表示的 功的计算公式
dr F
等于零，但变形体内力功之和不为零。
ppt版本-哈工大版理论力学课件(全套)
理论力学课程的内容包括质点和刚体的运动、弹性力学、 流体力学、振动和波等，其体系由静力学、运动学和动力 学三个部分组成。
理论力学课程的内容非常广泛，主要包括质点和刚体的运 动、弹性力学、流体力学、振动和波等方面的知识。这些 内容在理论力学体系中占据着重要的地位，为后续的工程 技术和科学研究提供了重要的理论基础和应用方法。同时 ，理论力学体系由静力学、运动学和动力学三个部分组成 ，这三个部分相互联系、相互渗透，构成了完整的理论力 学体系。
详细描述
理论力学作为经典力学的一个重要分支，主要研究物体运动规律、力的作用机制以及它们之间的相互作用。通过 对质点和刚体的运动规律、力的合成与分解、动量守恒和能量守恒等基本原理的研究，理论力学为各种工程技术 和科学研究提供了重要的理论基础和应用方法。
理论力学课程的内容和体系
要点一
总结词
要点二
详细描述
置和速度。
刚体的转动
02
描述刚体绕固定点或轴线的旋转运动，通过角速度矢量和角加
速度矢量表示刚体的转动状态。
刚体的复合运动
03
描述刚体同时存在的平动和转动，通过平动和转动运动的合成
来描述。
刚体的动力学方程
牛顿第二定律
表述了物体运动与力的关系，即物体受到的合外力等 于其质量与加速度的乘积。
动量定理
表述了物体动量的变化率等于作用在物体上的力与时 间的乘积。
由于非惯性参考系中物体受到的力不是真实的外力，而是由于参考 系加速或旋转产生的惯性力。
非惯性参考系的应用
在研究地球上的物体运动时，常常需要用到非惯性参考系，例如研 究地球的自转和公转对物体运动的影响。
05
刚体的运动
01
描述刚体在空间中的位置和运动，通过平动矢量表示刚体的位
哈工大版理论力学课件(全套)课件
已知CE=EB=DE，角a =30o，CDB平面与水平面间的夹角∠EBF= 30o， 重物G=10kN。如不计起重杆的重量,试求起重杆所受的力和绳子的拉力。
解：1.取杆AB与重物为研究
对象，受力分析如图。
zD
E
F2
F 30o
B
C F1
z
E F1
F 30o
B
a
a
A FA
G
y
FA
A
G
y
x
侧视图
理论力学
10
4、空间任意力系简化为平衡的情形
当空间任意力系向一点简化时出现 主矢F'R＝0， 主矩MO＝0 ，这是空间任意力系平衡的情形。
理论力学
39
§3-5 空间任意力系的平衡
一、空间任意力系的平衡方程
F'R=0，MO=0
Fx 0， Fy 0， Fz 0 Mx(F) 0， M y(F) 0， Mz(F) 0
理论力学
16
理论力学
17
2、力对轴之矩的解析表达式
设力F在三个坐标轴上的投影分别为Fx，
z Fz
Fy，Fz，力作用点A的坐标为(x，y，z)，则
F
B
M z(F) MO(Fxy)
A(x，y，z)
Fy
MO(Fx) MO(Fy) xFy yFx
同理可得其它两式。故有
M x(F) yFz zFy
Fx
O
先投影到坐标平面Oxy上，得到力Fxy，然后再把这个力投 影到x 、y轴上，这叫二次（间接）投影法。
z
Fx Fsing cosj
Fz
Fy Fsing sinj
gF
Fy y
Fz F cosg
解：1.取杆AB与重物为研究
对象，受力分析如图。
zD
E
F2
F 30o
B
C F1
z
E F1
F 30o
B
a
a
A FA
G
y
FA
A
G
y
x
侧视图
理论力学
10
4、空间任意力系简化为平衡的情形
当空间任意力系向一点简化时出现 主矢F'R＝0， 主矩MO＝0 ，这是空间任意力系平衡的情形。
理论力学
39
§3-5 空间任意力系的平衡
一、空间任意力系的平衡方程
F'R=0，MO=0
Fx 0， Fy 0， Fz 0 Mx(F) 0， M y(F) 0， Mz(F) 0
理论力学
16
理论力学
17
2、力对轴之矩的解析表达式
设力F在三个坐标轴上的投影分别为Fx，
z Fz
Fy，Fz，力作用点A的坐标为(x，y，z)，则
F
B
M z(F) MO(Fxy)
A(x，y，z)
Fy
MO(Fx) MO(Fy) xFy yFx
同理可得其它两式。故有
M x(F) yFz zFy
Fx
O
先投影到坐标平面Oxy上，得到力Fxy，然后再把这个力投 影到x 、y轴上，这叫二次（间接）投影法。
z
Fx Fsing cosj
Fz
Fy Fsing sinj
gF
Fy y
Fz F cosg
哈工大理论力学第四章PPT课件
主矩
由力对点的矩与力对轴的矩的关系，有
M O M x ( F ) i M y ( F ) j M z ( F ) k
F R x —有效推进力
F R y —有效升力
F R z
M Ox
M Oy
—侧向力 —滚转力矩 —偏航力矩
M O z —俯仰力矩
飞机向前飞行
飞机上升 飞机侧移 飞机绕x轴滚转 飞机转弯 飞机仰头
M y ( F ) M y ( F x ) M y ( F y ) M y ( F z ) F x z F z x M z(F )F yxF xy
M O (F ) x y F z z F y M x (F ) M O (F ) yzF x x F z M y(F ) M O (F ) z x F y y F x M z(F )
§4–3 空间力偶
1、力偶矩以矢量表示－－力偶矩矢
F1F2F1F2
空间力偶的三要素 （1） 大小：力与力偶臂的乘积； （2） 方向：转动方向； （3） 作用面：力偶作用面。
MrBAF
2、力偶的性质 (1）力偶中两力在任意坐标轴上投影的代数和为零 . （2）力偶对任意点取矩都等于力偶矩，不因矩心的改
1.空间任意力系的平衡方程 空间任意力系平衡的充要条件：
该力系的主矢、主矩分别为零.
F x 0 F y 0 F z 0
M x 0 M y 0 M z 0
空间任意力系平衡的充要条件：所有各力在三 个坐标轴中每一个轴上的投影的代数和等于零，以 及这些力对于每一个坐标轴的矩的代数和也等于零.
第四章 空间力系
§4–1 空间汇交力系
1、力在直角坐标轴上的投影 直接投影法
Fx Fcos
Fy Fcos Fz Fcos
《哈工大理论力学》课件
总结词
动量守恒定律在物理学、工程学和天文 学等领域有着广泛的应用。
VS
详细描述
在碰撞、火箭推进、行星运动、相对论等 领域中，动量守恒定律都起着重要的作用 。通过应用动量守恒定律，可以预测系统 的运动状态和变化趋势，为实际应用提供 重要的理论支持。
04
角动量与角动量守恒定律
角动量的定义与计算
角动量的定义
体育竞技
在花样滑冰、冰球等体育项目 中，运动员通过改变身体姿态 来调整角动量，以完成各种高
难度动作。
05
万有引力定律
万有引力定律的表述
总结词
万有引力定律是描述两个质点之间由于它们 的质量而相互吸引的力的大小和方向的定律 。
详细描述
万有引力定律由艾萨克·牛顿提出，表述为 任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸 引，该力的大小与它们质量的乘积成正比，
02
牛顿运动定律
牛顿运动定律的表述
第一定律（惯性定律）
除非受到外力作用，否则保持静止或匀速直线运动 的状态不变。
第二定律（动量定律）
物体的加速度与作用力成正比，与物体的质量成反 比。
第三定律（作用与反作用定律）
对于任何作用力，都存在一个大小相等、方向相反 的反作用力。
牛顿运动定律的应用
动力学问题
弹性力学的应用实例
总结词：实际应用
详细描述：弹性力学在工程领域有广 泛的应用，如桥梁、建筑、机械和航 空航天等。应用实例包括梁的弯曲、 柱的拉伸和压缩、壳体的变形等。
THANKS
感谢观看
提供理论基础和解决方案。
理论力学的发展历程
总结词
理论力学的发展经历了古典力学和相对论力学两个阶段，相对论力学对于高速运动和强引力场的研究具有重要意 义。
哈工大理论力学课件第一章
04 动能定理和机械能守恒定 律
动能定理
定义
物体由于运动而具有的能量称为 动能，用公式表示为 (E_k = frac{1}{2}mv^2)。
推导过程
动能定理的推导基于牛顿第二定 律和运动学公式，通过分析力对 时间的累积效应来得出动能的变
化。
应用场景
动工具之一。
现代力学
爱因斯坦相对论的出现，对经典力学提出 了挑战，提出了时间和空间的相对性。
随着计算机技术和数值方法的进步，现代 力学得到了迅速发展，广泛应用于工程和 科学领域。
理论力学的重要性与应用
重要性
理论力学是物理学和工程学的重要基础学科，为其他学科提供了基本的原理和 方法。
应用
理论力学的应用广泛，包括航空航天、机械、土木、交通、船舶等领域。例如， 火箭发射需要理解力学原理，飞机设计需要考虑空气动力学和材料力学。
应用
在分析碰撞、火箭推进 等动力学问题时，动量 守恒定律是重要的理论 基础。
质点和质点系的动量定理和动量守恒定律
质点的动量定理和动量守恒定律
对于质点，动量定理和动量守恒定律的表述与上述内容一致。
质点系的动量定理和动量守恒定律
对于多个质点组成的质点系，动量定理和动量守恒定律的表述需要考虑内力和外 力的作用。内力不会改变系统的总动量，而外力则会引起系统动量的变化。
01
02
03
04
定义：物体的加速度与作用力 成正比，与物体的质量成反比
。
数学表达式：F=ma。
意义：揭示了力与加速度之间 的直接关系，是动力学的基本
规律。
应用：用于分析物体的运动状 态变化，以及求解物体的加速 度、速度和位移等物理量。
牛顿第三定律
定义
哈尔滨工业大学-理论力学-课件-part3
回转仪
牵连运动：动系相对于定系的运动。 相对运动：圆周运动
动点：Ｍ点 动系：框架
牵连运动：定轴转动 绝对运动：空间曲线运动
点的速度合成定理
相对轨迹
相对速度 相对加速度
varr
绝对轨迹
绝对速度 va
绝对加速度
aa
牵连运动是动系相对于定系的运动。
牵连速度 ve 和牵连加速度 ae
？
在动参考系上与动点相重合的那一点（牵连点）
相对运动·牵连运动·绝对运动
车轮边缘上一点P 固连地面参考系Oxy
固连车厢参考系 O' x' y'
相对于车厢： 圆周运动
相对于地面： 旋轮线运动
车厢相对于地面： 平移运动
相对运动 牵连运动 绝对运动 点的速度合成定理
相对运动 牵连运动 绝对运动
车刀刀尖一点M
固连地面参考系Oxy
固连工件参考系O' x' y'
相对于工件： 螺旋线运动
相对于地面：
直线运动 工件相对于地面：
定轴转动
相对某一参考体的运动可由相对于 其他参考体的几个运动的组合而成
－合成运动。
点的速度合成定理
相对运动 牵连运动 绝对运动
两个坐标系
定坐标系（定系） 动坐标系（动系）
三种运动
绝对运动：动点相对于定系的运动。
相对运动：动点相对于动系的运动。
的速度和加速度称为动点的牵连速度和牵连加速度。
相对运动 牵连运动 绝对运动
点的速度合成定理
2、牵连点
点的速度合成定理 点的速度合成定理
牵连点
牵连点
动点：杆上与轮接触点 动系：凸轮
由于相对运动 牵连点是变的
第十章.动量定理哈工大理论力学课件ppt
m1
l 2
cos
2m1
l
cos
m2
2l
cos
5 2
m1
2m2
l
cos
p
p
2 x
p
2 y
1 2
5m1
4m2 l
cos
p,
x
px ,
cos
p,
y
py
p
p
§11-1 动量与冲量
例10-1
曲柄OA的动量 pOA m1vE
大小： pOA m1vE m1l 2
方向：与 vE 方向一致，垂直 于OA并顺着ω的方向
Fx e
dp
F
e
dt
dpy
dt
Fy e
dpz
dt
Fz e
三、动量守恒定理
1、如果在上式中
F
e
0 ，则 有 p p0
常矢量
结论
其中：p0 为质点系初始瞬时的动量
在运动过程中，如作用于质点系的所有外力的矢量和始终等 于零，则质点系的动量保持不变。这就是质点系的动量守恒 定理
lim t0
K t
Q(v2
v1
)W
P1
P2
R
即
R (W P1 P2 )Q(v2 v1)
静反力 R'(W P1 P2 ) ， 动反力 R''Q(v2 v1)
计算 R时'' ，常采用投影形式
Rx '' Q(v2x v1x ) Ry '' Q(v2 y v1y )
与 R'相' 反的力就是管壁上受到的流体作用的动压力．
解：取火炮和炮弹(包括炸药)为研究对象
哈工大理论力学课件第四章
中心轴过简化中心的力螺旋
既不平行也不垂直 F 0 , MF 0 ,R , M R O O
力螺旋中心轴距简化中心为
M O sin d FR
（4）平衡
F 0 , M 0 R O
平衡
例4-5
F F F F 已知 a, b, . 求 c 为何值时力系可以简化 1 2 3 成一个合力
--称为空间力偶系的平衡方程.
§4–4 空间任意力系向一点的简化·主矢和主 矩
1.空间任意力系向一点的简化
Fi Fi
M MF ( i) i O
空间汇交与空间力偶系等效代替一空间任意力系.
空间汇交力系的合力
F F F i F j F k 主矢 R i x y z
F 0
y
F sin 30 F cos 45 cos 30 F cos 45 cos 30 0 A 1 2
F 0
z
F cos 45 sin 30 F cos 45 sin 30 F cos 30 P 0 1 2 A
8 .6 6 k N F F 3 . 5 4 k N F A 1 2
l l l n n n
2、力对轴的矩
m ( F ) m ( F ) Z 0 xy
3、力对点的矩与力对过该点的轴的矩的关系
m ( F ) xF yF Z Y X
m ( F ) yF zF x z y
m ( F ) zF xF y x z
m (F) ( yF zF ) i ( zF xF ) j ( xF yF ) k 0 Z Y X Z Y X
空间力偶系的合力偶矩
MM M ( F ) O i O i
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理论力学
绪
论
理论力学
1
一、理论力学的研究对象和内容
理论力学：是研究物体机械运动一般规律的学科。 机械运动：是物体在空间的位置随时间的变化。
理论力学的内容： 静力学：研究物体在力系作用下的
平衡规律，同时也研究 力的一般性质和力系的简化方法等。
运动学：研究物体运动的几何性质，而不研究引起物体运 动的原因。
F2
绳子
平衡
F1 公理5告诉我们：处于平衡
状态的变形体，可用刚体静
F2
刚体
平衡
F1 力学的平衡理论。
理论力学
15
§ 1-2 约束和约束力
一、概 念
自由体：位移不受限制的物体叫自由体。 非自由体：位移受限制的物体叫非自们称起限制作用的周围物体为约束体。
F2
说明：①对刚体来说，上面的条件是充要的； ②对变形体来说，上面的条件只是必要条件。
F2
绳子
F1
平衡
F2
绳子
不平衡
F1
F2 不平衡
F1
对多刚体不成立
理论力学
11
③二力构件：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力构件。
F1 二力构件
F1 二力杆
F2
F2
注意：二力构件是不计自重的。
公理3 加减平衡力系原理
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。(特殊情况 下，力在无穷远处汇交——平行且共面。)
F1
F2
A
B
O
C
F3
理论力学
13
[证] ∵ F1，F2，F3 为平衡力系， ∴ F12 ，F3也为平衡力系。
又 ∵ 二力平衡必等值、反向、共线，
约 束：由约束体构成，对非自由体的某些位移起限制作用 的条件。工程中的约束总是以接触的方式构成的。
约束力：约束给被约束物体的力叫约束力。（也称约束反力）
理论力学
16
约束力的特点：
大小——待定 方向——与该约束所能阻碍
约 束
的位移方向相反
力
作用点——接触处
F
F
解除约束，按约束
FN2
FN2 性质代之以约束力。
即：合力为原两力的矢量和。
FR F1 F2 力三角形 A
FR F2
F2
F1
A
FR
F1 F1 FR
理论力学
101
0
公理2 二力平衡条件
作用于同一刚体上的两个力，使刚体保持平衡的
必要与充分条件是： 这两个力
大小相等 | F1 | = | F2 | 方
F1
向相反 F1 =－F2 (矢量)
刚体
且在同一直线上。
力的单位： 国际单位制：牛顿(N) 、千牛顿(kN)
理论力学
7
二、刚 体
刚体就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。 绝对刚体不存在，但研究力的外效应时可将变形体 看成刚体。研究力的内效应前也将物体看成刚体。
刚体内部任意两点间的距离始终不变。
刚体
不同
物体
一些基本公理和定理只对刚体成立，对可变形的物体不成立。
理论力学
8
理论力学
9
§ 1-1 静力学公理
公理：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的 实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。
公理1 力的平行四边形法则
作用于物体上同一点的两个力可合成
F2
为一个合力，此合力也作用于该点，合力
的大小和方向由这两个力为邻边所构成的 A
平行四边形的对角线来确定。
202
0
理论力学
21
理论力学
22
理论力学
23
理论力学
节圆 压力角
24
2、由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束：柔性约束
理论力学
25
柔性体只能受拉，所以它们的约束力是作用在接触点， 方向沿柔性体轴线而背离物体。通常用FT表示。
FT
P
P
理论力学
不能称为二力构件
FT1 FT2
26
理论力学
27
3、光滑铰链约束（向心轴承、圆柱铰链、固定铰链支座等）
（1）向心轴承（径向轴承）
Fy
F
轴
Fx
轴承
接触点
约束特点： 轴在轴承孔内，轴为非自由体、 轴承孔为约束．
约束力：当不计摩擦时，轴与孔在接触处为光滑接 触约束——法向约束力，约束力作用在接触处，沿径向 指向轴心。
理论力学
28
在已知的任意力系上加上或减去任意一个平衡力系， 并不改变原力系对刚体的作用。
理论力学
12
推论1：力的可传性 作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一
点，而不改变该力对刚体的作用效应。
A F B 等效 A F F B F 等效 A F F B F
因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线
平衡力系：使物体处于平衡的力系。
理论力学
5
理论力学
6
静力学基本概念
一、力的概念
1、定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变 物体的运动状态。
2、力的效应：①运动效应(外效应——理论力学研究) ②变形效应(内效应——材料力学研究)
3、力的三要素：大小，方向，作用点
力是矢量，其表示方法
F A
F1 F12
F2
A
B
O
C
∴ 三力F1，F2，F3 必汇交，且共面。
F3
公理4 作用和反作用定律（牛顿第三定律）
两物体相互间的作用力总是同时存在，且等值、反向、 共线，分别作用在两个物体上。
理论力学
14
公理5 刚化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡，若将此变形体变成 刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。
分析、归纳和总结 观察和实验
力学最基本规律
抽象、推理和数学演绎 理论体系
用于实际
力学模型
刚体、质点、质点系、弹簧质点、弹性体等
理论力学
4
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：是指作用在物体上的一群力。 衡： 平 是指物体相对于惯性参考系（地面）
保持静止或作匀速直线运动的状态。
静力学主要研究：1、物体的受力分析； 2、力系的等效替换（简化）； 3、力系的平衡条件及其应用。
P
P 对单个对象，为了简化
FN1 FN1
理论力学
17
二、约束类型和确定约束力方向的方法
1、光滑接触面的约束：光滑约束 (光滑指摩擦不计) 约束力作用在接触点处，方向沿接触面的公法线并指
向受力物体，也称为法向约束力，通常用FN表示。
F
P
FN
FN1
A
FN2
B
P
FNB
理论力学
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理论力学
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理论力学
动力学：研究受力物体的运动与作用力之间的关系。
理论力学
2
二、理论力学的任务
1、理论力学是一门理论性较强的技术基础课 基础课
技术基础课
专业课
2、理论力学是很多专业课程的重要基础 例如：材料力
学、机械原理、机械零件、结构力学、 弹性力学 、流体力学 、机械振动等一系列后续课程的重 要基础。
理论力学
3
三、理论力学的研究方法
绪
论
理论力学
1
一、理论力学的研究对象和内容
理论力学：是研究物体机械运动一般规律的学科。 机械运动：是物体在空间的位置随时间的变化。
理论力学的内容： 静力学：研究物体在力系作用下的
平衡规律，同时也研究 力的一般性质和力系的简化方法等。
运动学：研究物体运动的几何性质，而不研究引起物体运 动的原因。
F2
绳子
平衡
F1 公理5告诉我们：处于平衡
状态的变形体，可用刚体静
F2
刚体
平衡
F1 力学的平衡理论。
理论力学
15
§ 1-2 约束和约束力
一、概 念
自由体：位移不受限制的物体叫自由体。 非自由体：位移受限制的物体叫非自们称起限制作用的周围物体为约束体。
F2
说明：①对刚体来说，上面的条件是充要的； ②对变形体来说，上面的条件只是必要条件。
F2
绳子
F1
平衡
F2
绳子
不平衡
F1
F2 不平衡
F1
对多刚体不成立
理论力学
11
③二力构件：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力构件。
F1 二力构件
F1 二力杆
F2
F2
注意：二力构件是不计自重的。
公理3 加减平衡力系原理
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。(特殊情况 下，力在无穷远处汇交——平行且共面。)
F1
F2
A
B
O
C
F3
理论力学
13
[证] ∵ F1，F2，F3 为平衡力系， ∴ F12 ，F3也为平衡力系。
又 ∵ 二力平衡必等值、反向、共线，
约 束：由约束体构成，对非自由体的某些位移起限制作用 的条件。工程中的约束总是以接触的方式构成的。
约束力：约束给被约束物体的力叫约束力。（也称约束反力）
理论力学
16
约束力的特点：
大小——待定 方向——与该约束所能阻碍
约 束
的位移方向相反
力
作用点——接触处
F
F
解除约束，按约束
FN2
FN2 性质代之以约束力。
即：合力为原两力的矢量和。
FR F1 F2 力三角形 A
FR F2
F2
F1
A
FR
F1 F1 FR
理论力学
101
0
公理2 二力平衡条件
作用于同一刚体上的两个力，使刚体保持平衡的
必要与充分条件是： 这两个力
大小相等 | F1 | = | F2 | 方
F1
向相反 F1 =－F2 (矢量)
刚体
且在同一直线上。
力的单位： 国际单位制：牛顿(N) 、千牛顿(kN)
理论力学
7
二、刚 体
刚体就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。 绝对刚体不存在，但研究力的外效应时可将变形体 看成刚体。研究力的内效应前也将物体看成刚体。
刚体内部任意两点间的距离始终不变。
刚体
不同
物体
一些基本公理和定理只对刚体成立，对可变形的物体不成立。
理论力学
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理论力学
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§ 1-1 静力学公理
公理：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的 实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。
公理1 力的平行四边形法则
作用于物体上同一点的两个力可合成
F2
为一个合力，此合力也作用于该点，合力
的大小和方向由这两个力为邻边所构成的 A
平行四边形的对角线来确定。
202
0
理论力学
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理论力学
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理论力学
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理论力学
节圆 压力角
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2、由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束：柔性约束
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柔性体只能受拉，所以它们的约束力是作用在接触点， 方向沿柔性体轴线而背离物体。通常用FT表示。
FT
P
P
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不能称为二力构件
FT1 FT2
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3、光滑铰链约束（向心轴承、圆柱铰链、固定铰链支座等）
（1）向心轴承（径向轴承）
Fy
F
轴
Fx
轴承
接触点
约束特点： 轴在轴承孔内，轴为非自由体、 轴承孔为约束．
约束力：当不计摩擦时，轴与孔在接触处为光滑接 触约束——法向约束力，约束力作用在接触处，沿径向 指向轴心。
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在已知的任意力系上加上或减去任意一个平衡力系， 并不改变原力系对刚体的作用。
理论力学
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推论1：力的可传性 作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一
点，而不改变该力对刚体的作用效应。
A F B 等效 A F F B F 等效 A F F B F
因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线
平衡力系：使物体处于平衡的力系。
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静力学基本概念
一、力的概念
1、定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变 物体的运动状态。
2、力的效应：①运动效应(外效应——理论力学研究) ②变形效应(内效应——材料力学研究)
3、力的三要素：大小，方向，作用点
力是矢量，其表示方法
F A
F1 F12
F2
A
B
O
C
∴ 三力F1，F2，F3 必汇交，且共面。
F3
公理4 作用和反作用定律（牛顿第三定律）
两物体相互间的作用力总是同时存在，且等值、反向、 共线，分别作用在两个物体上。
理论力学
14
公理5 刚化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡，若将此变形体变成 刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。
分析、归纳和总结 观察和实验
力学最基本规律
抽象、推理和数学演绎 理论体系
用于实际
力学模型
刚体、质点、质点系、弹簧质点、弹性体等
理论力学
4
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：是指作用在物体上的一群力。 衡： 平 是指物体相对于惯性参考系（地面）
保持静止或作匀速直线运动的状态。
静力学主要研究：1、物体的受力分析； 2、力系的等效替换（简化）； 3、力系的平衡条件及其应用。
P
P 对单个对象，为了简化
FN1 FN1
理论力学
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二、约束类型和确定约束力方向的方法
1、光滑接触面的约束：光滑约束 (光滑指摩擦不计) 约束力作用在接触点处，方向沿接触面的公法线并指
向受力物体，也称为法向约束力，通常用FN表示。
F
P
FN
FN1
A
FN2
B
P
FNB
理论力学
18
理论力学
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理论力学
动力学：研究受力物体的运动与作用力之间的关系。
理论力学
2
二、理论力学的任务
1、理论力学是一门理论性较强的技术基础课 基础课
技术基础课
专业课
2、理论力学是很多专业课程的重要基础 例如：材料力
学、机械原理、机械零件、结构力学、 弹性力学 、流体力学 、机械振动等一系列后续课程的重 要基础。
理论力学
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三、理论力学的研究方法