2静力学第二章习题答案
第二章 流体静力学
第二章流体静力学作用在流体上的力有面积力与质量力。
静止流体中，面积力只有压应力——压强。
流体静力学主要研究流体在静止状态下的力学规律：它以压强为中心，主要阐述流体静压强的特性，静压强的分布规律，欧拉平衡微分方程，等压面概念，作用在平面上或曲面上静水总压力的计算方法，以及应用流体静力学原理来解决潜体与浮体的稳定性问题等。
第一节作用于流体上的力一、分类1.按物理性质的不同分类：重力、摩擦力、惯性力、弹性力、表面张力等。
2.按作用方式分：质量力和面积力。
二、质量力1.质量力(mass force):是指作用于隔离体内每一流体质点上的力，它的大小与质量成正比。
对于均质流体（各点密度相同的流体），质量力与流体体积成正比，其质量力又称为体积力。
单位牛顿（N）。
2.单位质量力：单位质量流体所受到的质量力。
(2-1) 单位质量力的单位：m/s2，与加速度单位一致。
最常见的质量力有：重力、惯性力。
三、面积力1.面积力（surface force）：又称表面力，是毗邻流体或其它物体作用在隔离体表面上的直接施加的接触力。
它的大小与作用面面积成正比。
表面力按作用方向可分为：压力：垂直于作用面。
切力：平行于作用面。
2.应力：单位面积上的表面力，单位：或图2-1压强(2-2)切应力 (2-3)1.静止的流体受到哪几种力的作用？重力与压应力，无法承受剪切力。
2.理想流体受到哪几种力的作用？重力与压应力，因为无粘性，故无剪切力。
第二节流体静压强特性一、静止流体中任一点应力的特性1.静止流体表面应力只能是压应力或压强（如图B 点），且静水压强方向与作用面的内法线方向重合。
图2-2流体不能承受拉力，且具有易流动性(如图A点,必须τ0=)。
2.作用于静止流体同一点压强的大小各向相等，与作用面的方位无关。
即有：(2-4)证明:从平衡状态下的流体中取一微元四面体OABC，如图2-3所示取坐标轴。
由于液体处于平衡状态，则有，即各向分力投影之和亦为零，则：图2-3x方向受力分析:表面力：n为斜面ABC的法线方向质量力：当四面体无限地趋于O点时，则d x趋于0，所以有：p x=p类似地有：p x=p y=p z=p而n是任意选取的，所以同一点静压强大小相等，与作用面的方位无关。
工程力学课后习题标准答案静力学基本概念与物体受力分析标准答案
第一章静力学基本概念与物体的受力分析下列习题中，未画出重力的各物体的自重不计，所有接触面均为光滑接触。
1.1试画出下列各物体（不包括销钉与支座）的受力图。
解：如图1.2画出下列各物体系统中各物体（不包括销钉与支座）以及物体系统整体受力图。
解：如图1.3铰链支架由两根杆AB、CD和滑轮、绳索等组成，如题1.3图所示。
在定滑轮上吊有重为W的物体H。
试分别画出定滑轮、杆CD、杆AB和整个支架的受力图。
解：如图1.4题1.4图示齿轮传动系统，O1为主动轮，旋转方向如图所示。
试分别画出两齿轮的受力图。
解：1.5结构如题1.5图所示，试画出各个部分的受力图。
解：第二章汇交力系2.1在刚体的A点作用有四个平面汇交力。
其中F1＝2kN，F2=3kN，F3=lkN，F4=2.5kN，方向如题2.1图所示。
用解读法求该力系的合成结果。
解2.2 题2.2图所示固定环受三条绳的作用，已知F1＝1kN，F2=2kN，F3=l.5kN。
求该力系的合成结果。
解：2.2图示可简化为如右图所示2.3 力系如题2.3图所示。
已知：F 1＝100N ，F 2=50N ，F 3=50N ，求力系的合力。
解：2.3图示可简化为如右图所示2.4 球重为W ＝100N ，悬挂于绳上，并与光滑墙相接触，如题2.4图所示。
已知，试求绳所受的拉力及墙所受的压力。
解：2.4图示可简化为如右图所示墙所受的压力F=57.74N2.5 均质杆AB 重为W 、长为 l ，两端置于相互垂直的两光滑斜面上，如题2.5图所示。
己知一斜面与水平成角，求平衡时杆与水平所成的角及距离OA 。
解：取 AB 杆为研究对象，受力如图所示由于杆件再三力作用下保持平衡，故三力应汇交于C 点。
AB 杆为均质杆，重力作用在杆的中点，则W 作用线为矩形ACBO 的对角线。
由几何关系得 所以 又因为 所以2.6 一重物重为20kN ，用不可伸长的柔索AB 及BC悬挂于题2.6图所示的平衡位置。
静力学1-2章习题课
1.压立体的绘制是求解曲面上液体总压力的关键。压力体的绘 制方法与方向的判断原则。
1.压力体的绘制是求解曲面上液体总压力的关键。压力体的绘 制方法与方向的判断原则。
2.绘压力体图
p0 A B
pa
1、图算法 2、重力场中流体静压强
的分布规律 3、压力体的绘制
2.答案：
p0 A
B
pa
1、图算法 2、重力场中流体静压强
v 1.075m s
0.4cm
D=12cm L=14cm
牛顿内摩擦定律
第一、第二章 （流体静力学） 习题课
一、流体的主要物理性质 二、重力场中流体静压强的分布规律
z p c
p p0 gh
三、液体的相对平衡 四、液体作用在平面上的总压力 五、液体作用在曲面上的总压力
第一、第二章 （流体静力学） 习题课
8.压立体的绘制是求解曲面上液体总压力的关键。压力体的绘 制方法与方向的判断原则。
习题： 1.液体的粘滞性只有在流动时才表现出来。（ ） 2.在相对静止的同种、连通、均质液体中，等压面就是水平面。 （） 3.某点的真空度为65000Pa，当地大气压为0.1MPa，该点的 绝对压强为（ ）
(a)65000Pa (b)55000Pa (c) 35000Pa （d）165000Pa
5.
1、等压面 2、重力场中流体静压强的分布规律
5.
1、等压面 2、重力场中流体静压强的分布规律
3.计算举例
1.
静止流体中应力的特性
静止流体中应力的特性
2.如图：
已知h1=20mm，
h2=240mm，
h3
h3=220mm， 求水深H。
水银
2章流体静力学
1试求图（a ），（b ），（c ）中，A ，B ，C 各点相对压强，图中0p 是绝对压强，大气压强atm p a 1=。
解：（a ） kpa pa gh p 65.68686507807.91000==⨯⨯==ρ（b kpa pa atm gh p p 1.28280961013253807.9100010000010==-⨯⨯+=-+=ρ （c ）kpa pa gh p A 042.29294213807.91000-=-=⨯⨯-=-=ρ0=B pkpa pa gh p C 614.19196142807.91000==⨯⨯==ρ1. 在封闭管端完全真空的情况下，水银柱差mm Z 502=，求盛水容器液面绝对压强1p 和水面高度1Z 。
kpapa gh p 67.6666905.0807.9136001==⨯⨯==ρ mm m g p Z 68068.0807.91000666911==⨯==ρ 2. 开敞容器盛有12γγ〉的两种液体，问1，2两测压管中的液体的液面哪个高些？哪个和容器液面同高？解：1号管液面与容器液面同高，如果为同种液体，两根管液面应一样高，由于12γγ〉，由=h γ常数 ∴2号管液面低。
3. 某地大气压强为2/07.98m KN ，求（1）绝对压强为2/7.117m KN 时的相对压强及其水柱高度。
（2）相对压强为O mH 27时的绝对压强。
（3）绝对压强为2/5.68m kN 时的真空压强。
解：（1） kpa p p p a 63.1907.987.117=-=-=， O mH p h 22807.963.19===γ （2） kpa p h p a 72.16607.987807.9=+⨯=+=γ，（3） kpa p p p a V 57.295.6807.98=-=-=， 5.在封闭水箱中，水深m h 5.1=的A 点上安装一压力表，其中表距A 点Z=0.5m 压力表读数为2/9.4m kN ，求水面相对压强及其真空度。
大学静力学02.第二章 汇交力系
§ 2-2 汇交力系的平衡条件
三、汇交力系平衡的解析条件
合力计算公式
FR
Fx 2 F y 2 Fz 2 Fx 2 F y 2 Fz 2
F 0 x Fy 0 Fz 0
0
由 得
FR
刚体在汇交力系作用下处于平衡的解析条件是: 力系中各力在三个坐标轴上投影的代数和分别等于 零
F1
y
合力投影定理
数和
合力在某一轴上的投影，等于各力在同一轴上投影的代
§ 2-1 汇交力系的合成
合力的大小为
FR FRx FRy FRz
2 2 2
Fx 2 Fy 2 Fz 2
cos( FR FR Fy cos( FR , j ) FR Fz cos( FR , k ) FR
Fx , i)
合力方向余弦为
平面汇交力系的合力和方向余弦为
FR
Fx 2 Fy 2
cos( FR
Fx , i)
FR
§ 2-2 汇交力系的平衡条件
一、 三力平衡定理
设作用在物体上的三个力F1 、F2 、F3 共面且互不平 行, 使物体处于平衡状态 F2 F2 FR1 B B F1 A C C O A F1
Fz Fx
F
Fy y′ y
O
x′ x
§ 2-1 汇交力系的合成
3. 力在直角坐标轴上的投影
z
Fxy=F cos Fx = Fxy cos = F cos cos Fy = Fxy sin = F cos sin Fz = F sin
第2章 流体静力学2012
↑
标准大气压——最初规定在摄氏温度0℃、纬度45°、晴天时海平 面上的大气压强为标准大气压，其值大约相当于76厘米汞柱高。 工程大气压——工程上为了使用和换算方便，将1kgf/cm2作为一 个大气压称为工程大气压，简称气压 （at）。 ↓
2.5 静止液体对壁面的作用力的计算
↑
2.5.1 静止液体对平面 壁的压力 如图2.13所示，AB 为任意形状的平面，倾 斜放置于水中，与水面 成α 角，浸水面积为A， 其形心C的坐标为xc，yc， 形心C在水面下的深度为 h c。 1. 微小面积dA的作用力：
↑
（2.12）
p dx p dx (p )dydz ( p )dydz Xdxdydz 0 （2.13） x 2 x 2 1 p 化简得 X 0 x 1 p Y 0 （2.14 ） y 1 p Z 0 z
A
P sin ydA sin yC A hC A pC A
结论：潜没于液体中的任意形状平面的静水总压力P， 大小等于受压面面积A与其形心点的静水压强pc之积。 方向为受压面的内法线方向。 2. 总压力作用点（压心） 压力P的作用点称为压力中心，设为D点。由理论 力学知，合力对任一轴的力矩等于其分力对同一轴的 力矩和（合力矩定理），则 （对Ox轴求矩）：
Py D ydP y (y sin dA) sin y 2 dA （2.37）
A A A
↓
式中 y 2 dA 是浸水面积A对x轴的惯性矩Jx，因此可得
↑
2 由惯性矩平行移轴定理知 J x J C yC A ，式中Jc为浸 水面积对通过形心C且与x轴平行的轴的惯性矩，故
第2章
流体静力学
工程力学(静力学与材料力学)课后习题答案(单辉祖) 2
D
D
2
A C F
F
A D
F
F B
B F ( d C ( e
W
B F F ( f
W
1-5 试画出以下各题中指定物体的受力力力图。 (a) 结点 A，结点 B；(b) 圆柱 A 和 B 及整体；(c) 半拱 AB，半拱 BC 及整体；(d) 杠杆 AB， 切刀刀 CEF 及整体；(e) 秤杆 AB，秤盘架 BCD 及整体。
1m 1m
E D P
A F
B
C O
5m
W
解：(1) 研究跑⻋车与操作架、平臂 OC 以及料料斗斗 C，受力力力分析，画出受力力力图(平面面平行行行力力力系)；
16
10
A FA
M1 M2 B
50
FB
解：(1) 取整体为研究对象，受力力力分析，A、B 的约束力力力组成一一个力力力偶，画受力力力图； (2) 列列平衡方方程：
3-5 四连杆机构在图示位置平衡。已知 OA=60cm，BC=40cm，作用用 BC 上的力力力偶的力力力偶矩大大 小小为 M2=1N.m ，试求作用用在 OA 上力力力偶的力力力偶矩大大小小 M1 和 AB 所受的力力力 FAB 所受的力力力。 各杆重量量不不计。 A C M1
6
4
F C
8
B
6
6
D A E
解：(1) 取 DE 为研究对象，DE 为二二力力力杆；FD = FE FD D E
FE
(2) 取 ABC 为研究对象，受力力力分析并画受力力力图；画封闭的力力力三⻆角形： B F FA D 3 3 A F’D 4 FA F’D F
2-7 在四连杆机构 ABCD 的铰链 B 和 C 上分别作用用有力力力 F1 和 F2，机构在图示位置平衡。试 求平衡时力力力 F1 和 F2 的大大小小之间的关系。 C B
第二章-流体静力学
第⼆章-流体静⼒学⼀、学习导引1、流体静⽌的⼀般⽅程（1）流体静⽌微分⽅程x p f x ??=ρ1，y p f y ??=ρ1，zpf z ??=ρ1 （2）压强微分)(dz f dy f dx f dp z y x ++=ρ（3）等压⾯微分⽅程0=++dz f dy f dx f z y x2、液体的压强分布重⼒场中，液体的位置⽔头与压强⽔头之和等于常数，即C pz =+γ如果液⾯的压强为0p ，则液⾯下深度为h 处的压强为h p p γ+=03、固体壁⾯受到的静⽌液体的总压⼒物体受到的⼤⽓压的合⼒为0。
计算静⽌液体对物⾯的总压⼒时，只需考虑⼤⽓压强的作⽤。
（1）平⾯壁总压⼒：A h P c γ= 压⼒中⼼Ay J y y c cc D += 式中，坐标y 从液⾯起算；下标D 表⽰合⼒作⽤点；C 表⽰形⼼。
（2）曲⾯壁总压⼒：222z y x F F F F ++=分⼒：x xc x A h F γ=，y yc y A h F γ=，V F z γ=4、难点分析（1）连通器内不同液体的压强传递流体静⼒学基本⽅程式的两种表达形式为C pz =+γ和h p p γ+=0。
需要注意的是这两个公式只适⽤于同⼀液体，如果连通器⾥⾯由若⼲种液体，则要注意不同液体之间的压强传递关系。
（2）平⾯壁的压⼒中⼼压⼒中⼼的坐标可按式Ay J y y c cc D +=计算，⾯积惯性矩c J 可查表，计算⼀般较为复杂。
求压⼒中⼼的⽬的是求合⼒矩，如果⽤积分法，计算往往还简便些。
（3）复杂曲⾯的压⼒体压⼒体是这样⼀部分空间体积：即以受压曲⾯为底，过受压曲⾯的周界，向相对压强为零的⾯或其延伸⾯引铅垂投影线，并以这种投影线在相对压强为零的⾯或其延伸⾯上的投影⾯为顶所围成的空间体积。
压⼒体内不⼀定有液体。
正确绘制压⼒体，可以很⽅便地算出铅垂⽅向的总压⼒。
（4）旋转容器内液体的相对静⽌液体随容器作等⾓速度旋转时，压强分布及⾃由⾯的⽅程式为c z gr p +-=)2(22ωγc gr z +=2220ω恰当地选取坐标原点，可以使上述表达式简化。
第二张 静力学基础-(2)受力分析
2.2 受力分析基础
2. 计算简图 在实际结构中，结构的受力和变形情况非常复杂，影响因素也很多，完全按
实际情况进行结构计算是不可能的，而且计算过分精确，在工程实际中也是不必 要的。为此，我们需要用一种力学模型来代替实际结构，它能反映实际结构的主 要受力特征，同时又能使计算大大简化。
（1）反映结构实际情况——计算简图能正确反映结构的实际受力情况，使计算 结果尽可能准确。
（1）柔性约束 绳索、皮带、链条等柔
性物体构成柔体约束。柔体约 束反力的方向沿着它的中心线 且背离研究物体，即为拉力。 如图所示。
2.2 受力分析基础
（2）光滑接触面约束 当两物体在接触面处的摩擦力很小而可略去不计时，就是光滑接触面约束。
光滑接触面约束反力的方向垂直于接触面并通过接触点，指向研究物体。如图所 示。
也不能转动，因此，这种支座对构件除产生水平反力和竖向反力，还有一个阻止 转动的力偶。图2.32为固定端支座简图及支座反力。
2.2 受力分析基础
如图2.33（a）中屋面挑梁WTL1和楼面挑梁XTL1等固结于墙中，如图2.33（b） 中固结于独立基础JC2的钢筋混凝土柱KZ1。它们的固结端就是典型的固定端支座。
图2.33（a）
图2.33（b）
2.2 受力分析基础
支座的简化 可动铰支座：可以移动，绕A点可以转动，但沿支座杆轴方向不能移动。 固定铰支座：杆端A绕A点可以自由转动，但沿任何方向不能移动。
固定端支座：A端支座为固定端支座，使A端既不能移动，也不能转动。
（a）可动铰支座
（b）固定铰支座
（c）固定端支座
2.2 受力分析基础
[例2.10] 图2.43支架中，悬挂的重物重W，横梁AB和斜杆CD的自重不计。试分别 画出斜杆CD、横梁AB及整体的受力图。
第2章—力系的简化—工程力学(静力学和材料力学)课后习题答案
工程力学（静力学与材料力学）习题详细解答(第2章)习题2－2图第2章 力系的简化2－1 由作用线处于同一平面内的两个力F 和2F 所组成平行力系如图所示。
二力作用线之间的距离为d 。
试问：这一力系向哪一点简化，所得结果只有合力，而没有合力偶；确定这一合力的大小和方向；说明这一合力矢量属于哪一类矢量。
解：由习题2－1解图，假设力系向C 点简化所得结果只有合力，而没有合力偶，于是，有∑=0)(F C M ，02)(=⋅++−x F x d F ，dx =∴，F F F F =−=∴2R ，方向如图示。
合力矢量属于滑动矢量。
2－2 已知一平面力系对A (3，0)，B (0，4)和C (－4.5，2)三点的主矩分别为：M A 、M B 和M C 。
若已知：M A ＝20 kN·m 、M B ＝0和M C ＝－10kN·m ，求：这一力系最后简化所得合力的大小、方向和作用线。
解：由已知M B = 0知合力F R 过B 点；由M A = 20kN ·m ，M C = -10kN ·m 知F R 位于A 、C 间，且CD AG 2=（习题2－2解图）在图中设OF = d ，则θcot 4=dCD AG d 2)sin 3(==+θ （1） θθsin )25.4(sin d CE CD −== （2）即θθsin )25.4(2sin )3(dd −=+ d d −=+93 3=d习题2－1图习题2－1解图R∴ F 点的坐标为（-3, 0）合力方向如图所示，作用线过B 、F 点； 34tan =θ 8.4546sin 6=×==θAG 8.4R R ×=×=F AG F M A kN 6258.420R ==F 即 )kN 310,25(R=F 作用线方程：434+=x y 讨论：本题由于已知数值的特殊性，实际G 点与E 点重合。
2－3三个小拖船拖着一条大船，如图所示。
工程力学静力学(北京科技大东北大学)所有课后习题答案详解供参习
第二章 习题参考答案2-1解：由解析法，23cos 80RX F X P P N θ==+=∑故： 161.2R F N ==2-2解：即求此力系的合力，沿OB 建立x 坐标，由解析法，有故： 3R F KN ==方向沿OB 。
2-3解：所有杆件均为二力杆件，受力沿直杆轴线。
（a ） 由平衡方程有：联立上二式，解得：0.577AB F W =（拉力）1.155AC F W =（压力）（b ） 由平衡方程有：联立上二式，解得：1.064AB F W =（拉力）0.364AC F W =（压力）（c ） 由平衡方程有：联立上二式，解得：0.5AB F W =(拉力)0.866AC F W =（压力）（d ） 由平衡方程有：联立上二式，解得：0.577AB F W =(拉力)0.577AC F W =(拉力)2-4解：（a ）受力分析如图所示：由0x =∑ cos 450RA F P =由0Y =∑ sin 450RA RB F F P +-=(b)解：受力分析如图所示：由联立上二式，得：2-5解：几何法：系统受力如图所示三力汇交于点D ，其封闭的力三角形如图示所以： 5RA F KN =（压力）5RB F KN =（与X 轴正向夹150度）2-6解：受力如图所示：已知，1R F G = ，2AC F G =由0x =∑ cos 0AC r F F α-=由0Y =∑ sin 0AC N F F W α+-=2-7解：受力分析如图所示，取左半部分为研究对象由0x =∑ cos45cos450RA CB P F F --=联立后，解得： 0.707RA F P =由二力平衡定理 0.707RB CB CB F F F P '===2-8解：杆AB ，AC 均为二力杆，取A 点平衡由0x =∑ cos60cos300AC AB F F W ⋅--=联立上二式，解得： 7.32AB F KN =-（受压）27.3AC F KN =（受压）2-9解：各处全为柔索约束，故反力全为拉力，以D ，B 点分别列平衡方程（1）取D 点，列平衡方程由0x =∑ sin cos 0DB T W αα-=（2）取B 点列平衡方程由0Y =∑ sin cos 0BD T T αα'-=2-10解：取B 为研究对象：由0Y =∑ sin 0BC F P α-=取C 为研究对象：由0x =∑ cos sin sin 0BC DC CE F F F ααα'--=由0Y =∑ sin cos cos 0BC DC CE F F F ααα--+=联立上二式，且有BC BC F F '= 解得：取E 为研究对象：由0Y =∑ cos 0NH CE F F α'-=CE CE F F '=故有：2-11解：取A 点平衡：联立后可得： 2cos 75AD AB PF F ==取D 点平衡，取如图坐标系：由对称性及 AD AD F F '=2-12解：整体受力交于O 点，列O 点平衡由 0x =∑cos cos300RA DC F F P α+-=联立上二式得： 2.92RA F KN =1.33DC F KN =（压力）列C 点平衡联立上二式得： 1.67AC F KN =（拉力）1.0BC F KN =-（压力）2-13解：（1）取DEH 部分，对H 点列平衡联立方程后解得： RD F（2）取ABCE 部分，对C 点列平衡且 RE RE F F '=联立上面各式得： RA F =（3）取BCE 部分。
第二章 流体静力学
σ = lim
A→ 0
Fn A
τ = lim
A→0
Fτ A
3
第一节 作用在流体上的力
质量力是流体质点受某种力场的作用力, 二, 质量力 质量力是流体质点受某种力场的作用力,它 的大小与流体的质量成正比.单位牛顿( ). 的大小与流体的质量成正比.单位牛顿(N). 单位质量力:单位质量流体所受到的质量力. 单位质量力:单位质量流体所受到的质量力.
10
第三节 流体的平衡微分方程式
平衡方程为
ρY
p ρY d x d y d z dxdydz = 0 y
p =0 y
或
z
p
1 p Y =0 ρ y
dz dx dy
p+
p dy y
同理有
o
1 p X =0 ρ x
y
和
Z 1 p =0 ρ z
x
11
第三节 流体的平衡微分方程式
×dx
×dy
×dz
X
1 Y ρ dxdydz 6
1 Z ρ dxdydz 6
对于x轴,∑Fx=0,则 对于 轴 ,
1 1 p x dydz p n An cos( n, x) + Xρ dxdydz = 0 2 6
7
第二节 流体的静压力及其特性
1 1 p x dydz p n An cos( n, x) + Xρ dxdydz = 0 2 6 1 An cos(n, x) = dydz 2
5
n Pn
§2—1 流体静压强及其特性 1
静止流体中一点的应力
n
p n ( x, y , z ) = p n ( x, y , z ) n
Pn
理论力学第二版第二章答案 罗特军
魏
π
y sin x
0
dy sin xdx 2
0
泳
π
涛
da w. co m
yC
π y sin x 1 1 π 2 π y d x d y d x y d y sin xdx 0 0 0 S S 2S 8
由对称性， xC
π 2
课
后
答
四川大学 建筑与环境学院 力学科学与工程系 魏泳涛
课
后
答
四川大学 建筑与环境学院 力学科学与工程系 魏泳涛
案
网
ww
w.
kh
da
7 πr 2 0 πr 2 r r 2 2 7 πr πr 6 2 2 7 πr 0 πr r r 图形形心 y 坐标： 2 2 7 πr πr 6
w.
co
静力学习题及解答—力系的简化
i i
123.6mm ， yC
S y S
i i
涛
533.3
i
514.1mm
课
后
答
四川大学 建筑与环境学院 力学科学与工程系 魏泳涛
案
网
ww
w.
kh
da
w.
co
m
静力学习题及解答—力系的简化
2.8 均质平面薄板由正弦曲线与 x 轴的一段所围成，如图所示。求板的中心位置。
解：
S dxdy dx
魏
泳
涛
m
解： q h 1m 78.4 kN m M O (F1 ) F1a 891kN m M O (F2 ) F2b 297kN m 1 水压力主矢大小： qh 313.6kN ，方向水平向右 2 1 h 水压力对 O 点主矩： qh 836.3kN m 2 3 (313.6i 891 j ) kN 945(0.332i 0.943 j ) kN 因此，力系主矢： FR 力系对 O 点主矩： M O 243.3kN m 合力作用线距离 O 点： d
2静力学第二章习题答案
对OA杆有：
求解以上三式可得： ， ，方向如图所示。
2-6等边三角形板ABC,边长为a，今沿其边作用大小均为F的力 ，方向如图a,b所示。试分别求其最简简化结果。
解：2-6a
坐标如图所示，各力可表示为:
， ，
先将力系向A点简化得（红色的）：
，
方向如左图所示。由于 ，可进一步简化为一个不过A点的力(绿色的)，主矢不变，其作用线距A点的距离 ，位置如左图所示。
解：
当 时，取杆AB为研究对象，受力如图所示。
列平衡方程：
附加方程：
四个方程，四个未知量 ，可求得 。
2-35在粗糙的斜面上放着一个均质棱柱体，A，B为支点，如图所示。若 ，A和B与斜面间的静摩擦因数分别为 和 ，试求物体平衡时斜面与水平面所形成的最大倾角 。
解：选棱柱体为研究对象，受力如图所示。假设棱柱边长为a，重为P，列平衡方程：
选择梁和滑轮为研究对象受设滑轮半径为tan2mff分别为求解以上三个方程可得aaxay与图示方向相反ax与图示方向相同ay放在宽度为的光滑槽内杆的b端作用着铅垂向下的力长重均质杆ab杆为研究对象受力如图所示列平衡方程
第二章 部分习题解答
2-3 在图示结构中，二曲杆重不计，曲杆AB上作用有主动力偶M。试求A和C点处的约束力。
思考题：对该刚体独立的平衡方程数目是几个？
2-29图示正方形平板由六根不计重量的杆支撑，连接处皆为铰链。已知力 作用在平面BDEH内，并与对角线BD成 角，OA=AD。试求各支撑杆所受的力。
解：
杆1，2，3，4，5，6均为二力杆，受力方向沿两端点连线方向，假设各杆均受压。选板ABCD为研究对象，受力如图所示，该力系为空间任意力系。采用六矩式平衡方程：
作业答案_第2章_静力学
kPa
在底面，中心处的压
p Water
2 D2
8
p A 16.18 kPa
h3 2 2.83 4.83 m
Δh2
h3
h2
h1
设有一盛有油和水的圆柱形澄清桶，如图所示。油和水之间的分界面 借玻璃管A来确定，油的上表面借玻璃管B来确定。若已知圆桶直径 D=0.4m, h1=0.5m, h2=1.6m, 油的密度ρ0=840kg/m3，水的密度 ρ=1000kg/m3。试求桶内的水和油体积各为多少? 若已知h1=0.2m ，h2=1.2m ，h3=1.4m ，试求油的密度ρ0。 （1）根据题意 pa
Oil (2h h) Water h 0.01 Water
h 200 h
h 0.11m
设有一容器盛有三种各不相同的密度且各不相混的液体，如图所示。 已知ρ1=700kg/m3， ρ2=1000kg/m3， ρ3=1200kg/m3，试求三根测压 管内的液面到容器底的高度h1、 h2和 h3、 解：根据题意
pab 101325 9807 0.3 9.83810 Pa
4
相对压强
p 水h1 2942 Pa
h2
水 0.3 h2 h1 ＝0.0221m pa Hg 13.6
h1 ρHg 水
ρ
设有两盛水的密闭容器，其间连以空气压差计，如图a所示。已知点A、 点B位于同一水平面，压差计左右两肢水面铅垂高差为h，空气重量可略 去不计，试以式表示点A、点B两点的压强差值。 若为了提高精度，将上述压差计倾斜放臵某一角度θ=30°，如图b所示。 试以式表示压差计左右两肢水面距离l。 ρa
如图建立坐标
根据题意，容器内任意一点(x, z)的 流体质点所受到的质量力为： az a
第2章 流体静力学-习题和例题
F 897 (kN )
例： 球形容器，内充满液体，匀速转动，求压强最大点的位置
z
2 r 2 p g z c 由上节可知： 2g
球心处的压强条件：
o
x y z 0,
y
R
p p0 球心压强
z r
求出常数 c p0 ，得到球壳上压强：
2 ( R 2 z 2 ) p g z p0 p( z ) 2g
题 2-1
图
过程演示
题 2-1
图
题 2-2
试用图示法表示图中所示的单位宽度二元曲面上 的压力体及曲面在铅直投影面上的压强分布
题 2-3
为了测定运动物体 的加速度，在运动物体 上装一直径为 d 的 U 形管，测得管中液面差 h = 0 . 05m ，两管的 水平距离 L = 0 . 3m ， 求加速度 a 。
x
求
p
球壳
p
dp 2 最大值， 0 (2 z ) 1 0 dz 2g z g / 2 球壳上最大压强点
g / 2 R
如果
g / 2 R,
z R
思考题：
有一块石蜡， 浮在油水溶液的分界面上，它们的重度为
水 9806 N / m3 , 油 8500 N / m3， 蜡 9500 N / m3
盖3：水平对称性 Fx Fy 0
Fz V p 2 R 2 ( H h) R 3 3 34015 N （垂直向下）
R
H
h
h
z
y
x
1
2
V下 V半球 2 R 3 2567 N 3
流体静力学习题-第2章 水静力学
所以
h3 H h 3m 2.45m 0.55m
1 P 3 1 P 3 1 P 3
h1 h h2 h3
每根横梁要承受上述三部分压强分布面积的压力，
横梁安装位置应在各相应压力的压心 y1 、y2 、y3上。
解题步骤
试确定管中A点压强。 ( H 13.6 103 kg/m3 , 1103 kg/m3 )
解题步骤
解： 已知断面1上作用着大气 压，因此可以从点1开始，通 过等压面，并应用流体静力 学基本方程式，逐点推算， 最后便可求得A点压强。 因2-2、3-3、4-4为等压面，根据静压强公式可得
流体力学
流体静力学
题
目
一封闭水箱，如图所示，水面上压强p0 = 85 kN/m2，求水面下h = 1m点C的绝对压强、相对压强 和真空压强。已知当地大气压 pa = 98 kN/m2 , ρ= 1000kg/m3。
解题步骤
解： 由压强公式 p p0 gh , 得C点绝对压强为
p p0 gh
，
，
p2 H g (1 2 )
p3 p2 g (3 2 )
p4 p3 H g (3 4 ) p A p5 p4 g (5 4 )
解题步骤
联立求得
p A H g (1 2 ) g (3 2 ) H g (3 4 ) g (5 4 )
3 85kN/m2 1000kg/m 9.8m/s2 1m 2 94.8kN/m
由公式 p p pa ，C点的相对压强为
2 2 p p pa 94.8kN/m2 98kN/m 3.2kN/m
第二章 流体静力学(选择题)
第二章 流体静力学1．在重力作用下静止液体中，等压面是水平面的条件是。
A 、同一种液体；B 、相互连通；C 、不连通；D 、同一种液体，相互连通。
2．压力表的读值是A 、绝对压强；B 、绝对压强与当地大气压的差值；C 、绝对压强加当地大气压；D 、当地大气压与绝对压强的差值。
3．相对压强是指该点的绝对压强与 的差值。
A 、标准大气压；B 、当地大气压；C 、工程大气压；D 、真空压强。
4.图示容器内盛有两种不同的液体，密度分别为1ρ，2ρ，则有A 、gpz g p z BB A A 11ρρ+=+B 、gp z g p z CC AA 21ρρ+=+C 、gp z g p z DD B B 21ρρ+=+D 、gp z g p z C C BB 21ρρ+=+O5.图示盛水封闭容器中，1、2、3在同一水平面上，则：A 、321p p p >> B 、321p p p << C 、312p p p >>D 、321p p p <=6.用U 形水银测压计测A 点压强，m m 5001=h ，m m 3002=h ，A 点的压强是：A 、637002m N ； B 、666402m NC 、695802m N D 、607602m N7.一密闭容器内下部为水，上部为空气，液面下4.2米处的测压管高度为2.2m ，设当地压强为9800Pa ，则容器内液面的绝对压强为水柱。
A 、2m ；B 、1m ；C 、8m ；D 、-2m.8.用U 形水银测压计测A 点压强，m m 5001=h ，m m 3002=h ，A 点的真空值是A 、63.702m kN B 、69.582m kN C 、104.372m kN D 、2602m kN9.一密闭容器内下部为密度为ρ的水，上部为空气，空气的压强为p 0。
若容器由静止状态自由下落，则在下落过程中容器内水深为h 处的压强为：A 、gh p ρ+0B 、0pC 、0D 、gh p ρ-010.用m 14m ⨯的矩形闸门垂直挡水，水压力对闸门底部门轴的力矩等于A.m kN 53.104⋅B.m kN 8.156⋅C.m kN 24.249⋅D.m kN 2.627⋅11.一洒水车以等加速度a 向前平驶，如图示，则水车内自由表面与水平面间的夹角α等于gaA arctan. ag B arctan.22arcsin.ga a C +22arccos.ga g D +12.在等角速度旋转液体中A 、各点的测压管水头等于常数；B 、各点的测压管水头不等于常数，但测压管高度等于常数；C 、各点的压强随水深的变化是线性关系；D 、等压面与质量力不一定正交。
2 课堂测试-第二章 流体静力学
第二章流体静力学一、判断题1 图中矩形面板所受静水总压力的作用点与受压面的形心点O重合。
（× ）2 只要是等压面，则液体所受的质量力一定与其正交。
（√ ）3 在平衡静止液体内部，若在某一方向上有质量力的存在，那一方向就一定存在压强的变化。
（√ ）4 在同一种、连续的平衡液体中，等压面是等水深面。
（√ ）5 相对静止液体中的液体中的等压面可以是倾斜平面或曲面。
（√ ）6 曲面上的静水总压力的铅直分力的大小等于压力体的体积。
（× ）7 流体静总压力的压力中心就是受力面面积的形心。
（× ）8 绝对压强可以为正值，也可以为负值。
（× ）9 二向曲面上的流体静总压力的作用点，就是流体静总压力的水平分力与铅直分力的交点。
（× ）10 真空可以为正值，也可以为负值。
（× ）二、单选题1 如图所示，在水平桌面上放置一盛水容器，若不计容器自重，试比较容器底部所受静水总压力P与桌面所受压力F的关系为（ C ）。
A P＞FB P＝FC P＜FD 无法确定2 水力学中对于等压面的描述正确的是（ C ）。
A 一定是平面B 一定是曲面C 可能是平面或曲面D 不能确定3 已知水中某点绝对压强为p＝49000 Pa，如当地大气压强为98 kPa，其真空高度（以水柱高度计）为( C )。
A -5mB 0.5mC 5mD 不存在真空4 液体中某点的绝对压强为100kN/m2，相对压强以1个工程大气压为计算零点，则该点的相对压强为( B ) 。
A 1 kN/m2B 2 kN/m2C 5 kN/m2D 10 kN/m25 图示为置于地面的四个容器，各容器底面积和水深均相等，若不计容器自重，则底部静水总压力等于地面所受的力的情况是（ B ）。
A B C D6 图中容器内液面的真空压强为（ A ）。
A 9.8kpaB -9.8kpaC -1m水柱高D 1个工程大气压强7 图中四个容器内的水深均为H，则容器底面静水压强最大的是（ C ）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二章 部分习题解答2-3 在图示结构中，二曲杆重不计，曲杆AB 上作用有主动力偶M 。
试求A 和C 点处的约束力。
解：BC 为二力杆(受力如图所示)，故曲杆AB 在B 点处受到约束力的方向沿BC 两点连线的方向。
曲杆AB 受到主动力偶M 的作用，A 点和B 点处的约束力必须构成一个力偶才能使曲杆AB 保持平衡。
AB 受力如图所示，由力偶系作用下刚体的平衡方程有（设力偶逆时针为正）：0=∑M0)45sin(100=-+⋅⋅M a F A θ aMF A 354.0= 其中：31tan =θ。
对BC 杆有：aM F F F A B C 354.0=== A ，C 两点约束力的方向如图所示。
2-4四连杆机构在图示位置平衡，已知OA=60cm,BC=40cm,作用在BC 上力偶的力偶矩M 2＝1N ·m 。
试求作用在OA 上力偶的力偶矩大小M 1和AB 所受的力AB F 。
各杆重量不计。
解：机构中AB 杆为二力杆，点A,B 出的约束力方向即可确定。
由力偶系作用下刚体的平衡条件，点O,C 处的约束力方向也可确定，各杆的受力如图所示。
对BC 杆有： 0=∑M030sin 20=-⋅⋅M C B F B对AB 杆有： A B F F = 对OA 杆有：0=∑M01=⋅-A O F M AF B F A θ θ F BF C F AF OOF AF BF BF CC求解以上三式可得：m N M ⋅=31， N F F F C O AB 5===，方向如图所示。
2-6等边三角形板ABC,边长为a ，今沿其边作用大小均为F 的力321,,F F F ，方向如图a,b 所示。
试分别求其最简简化结果。
解：2-6a坐标如图所示，各力可表示为:j F i F F 23211+=， i F F =2， j F i F F 23213+-=先将力系向A 点简化得（红色的）：j F i F F R3+=， k Fa M A 23=方向如左图所示。
由于A R M F ⊥，可进一步简化为一个不过A 点的力(绿色的)，主矢不变，其作用线距A 点的距离a d 43=，位置如左图所示。
2-6b同理如右图所示，可将该力系简化为一个不过A 点的力（绿色的），主矢为：i F F R2-=其作用线距A 点的距离a d 43=，位置如右图所示。
简化中心的选取不同，是否影响最后的简化结果？2-13图示梁AB 一端砌入墙内，在自由端装有滑轮，用以匀速吊起重物D 。
设重物重为P, AB 长为l ，斜绳与铅垂方向成α角。
试求固定端的约束力。
法1 解：整个结构处于平衡状态。
选择滑轮为研究对象，受力如图，列平衡方程（坐标一般以水平向右为x 轴正向，竖直向上为y 轴正向，力偶以逆时针为正）：∑=0x F0sin =+Bx F P αxy F RM AF RdxF R M AF Rd y∑=0y F0cos =--αP P F By选梁AB 为研究对象，受力如图，列平衡方程：∑=0x F0=-Bx Ax F F∑=0y F0=-By Ay F F0=∑A M0=⋅-l F M By A求解以上五个方程，可得五个未知量A By Bx Ay Ax M F F F F ,,,,分别为：αsin P F F Bx Ax -==（与图示方向相反）)cos 1(α+==P F F By Ay （与图示方向相同）l P M A )cos 1(α+= （逆时针方向）法2 解：设滑轮半径为R 。
选择梁和滑轮为研究对象，受力如图，列平衡方程：∑=0x F 0sin =+αP F Ax∑=0y Fcos =--αP P F Ay0=∑A M02tansin )(cos )(=-----αααR P R l P R l P M A求解以上三个方程，可得A Ay Ax M F F ,,分别为：αsin P F Ax -=（与图示方向相反）)cos 1(α+=P F Ay （与图示方向相同）l P M A )cos 1(α+= （逆时针方向）2-18均质杆AB 重G ，长l ，放在宽度为a 的光滑槽内，杆的B 端作用着铅垂向下的力F ，如图所示。
试求杆平衡时对水平面的倾角α。
解：选AB 杆为研究对象，受力如图所示，列平衡方程：PBF BxF ByPM A F Bx F ByF AxF A yM APF Ax F A yP0=∑A M0cos cos 2cos =⋅-⋅-⋅αααl F lG a N D ∑=0y F0cos =--F G N D α求解以上两个方程即可求得两个未知量α,D N ，其中：31])2()(2arccos[lG F a G F ++=α未知量不一定是力。
2-27如图所示，已知杆AB 长为l ，重为P ，A 端用一球铰固定于地面上，B 端用绳索CB 拉住正好靠在光滑的墙上。
图中平面AOB 与Oyz 夹角为α，绳与轴Ox 的平行线夹角为θ，已知N P m c m a o 200,45,43tan ,4.0,7.0=====θα。
试求绳子的拉力及墙的约束力。
解：选杆AB 为研究对象，受力如下图所示。
列平衡方程：0=∑y M0tan sin cos tan 21=⋅-⋅-⋅αθθαc F c F c P BC BCN F BC 6.60=0'=∑x M0sin 21=⋅-⋅-⋅a F c F a P BC B θ N F B 100=由∑=0y F 和∑=0z F 可求出Az Ay F F ,。
平衡方程0=∑x M 可用来校核。
思考题：对该刚体独立的平衡方程数目是几个？2-29图示正方形平板由六根不计重量的杆支撑，连接处皆为铰链。
已知力F 作用在平面BDEH 内，并与对角线BD 成o45角，OA=AD 。
试求各支撑杆所受的力。
解：杆1，2，3，4，5，6均为二力杆，受力方向沿两端点连线方向，假设各杆均受压。
选板ABCDAN AN DD为研究对象，受力如图所示，该力系为空间任意力系。
采用六矩式平衡方程：0=∑DE M 045cos 02=⋅F02=F0=∑AO M045cos 45cos 45cos 0006=⋅-⋅-a F a F F F 226-=(受拉)0=∑BH M 045cos 45cos 0604=⋅-⋅-a F a FF F 224=(受压)0=∑AD M 045sin 45cos 0061=⋅-⋅+⋅a F a F a F F F 2211+=(受压) 0=∑CD M045sin 031=⋅-⋅+⋅a F a F a F F F 213-=(受拉)0=∑BC M045cos 0453=⋅-⋅+⋅a F a F a F05=F本题也可以采用空间任意力系标准式平衡方程，但求解代数方程组非常麻烦。
类似本题的情况采用六矩式方程比较方便，适当的选择六根轴保证一个方程求解一个未知量，避免求解联立方程。
2-31如图所示，欲转动一置于V 形槽中的棒料，需作用一力偶，力偶矩cm N M ⋅=1500。
已知棒料重N P 400=，直径cm D 25=。
试求棒料与V 形槽之间的静摩擦因数s f 。
解：取棒料为研究对象，受力如图所示。
列平衡方程:⎪⎩⎪⎨⎧===∑∑∑000Oy x M F F⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-⋅+=+-=-+02)(045sin 045cos 21102201M D F F N p F N p F 补充方程：⎩⎨⎧==2211N f F N f F s s五个方程，五个未知量s f N F N F ，2211,,,，可得方程：02222=+⋅⋅-⋅M f D p f M S S解得491.4,223.021==S S f f 。
当491.42=S f 时有：0)1(2)1(2221<+-=S S f f p N 即棒料左侧脱离V 型槽，与题意不符，故摩擦系数223.0=S f 。
2-33均质杆AB 长40cm ，其中A 端靠在粗糙的铅直墙上，并用绳子CD 保持平衡，如图所示。
设cm AD cm BC 25,15==，平衡时α角的最小值为o45。
试求均质杆与墙之间的静摩擦因数s f 。
解：当045=α时，取杆AB 为研究对象，受力如图所示。
列平衡方程：⎪⎩⎪⎨⎧===∑∑∑000Ay x M F F ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⋅-⋅-⋅=-+=-0sin 2cos sin sin cos 0cos 0sin ααθαθθθABp AC T C AC T p T F T F S N 附加方程：N S S F f F =四个方程，四个未知量s S N f T F F ，,,，可求得646.0=s f 。
2-35在粗糙的斜面上放着一个均质棱柱体，A ，B 为支点，如图所示。
若AC BC AB ==，A 和B 与斜面间的静摩擦因数分别为1s f 和2s f ，试求物体平衡时斜面与水平面所形成的最大倾角α。
解：选棱柱体为研究对象，受力如图所示。
假设棱柱边长为a ，重为P ，列平衡方程：⎪⎩⎪⎨⎧===∑∑∑000xB A F M M ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=-+=+⋅+⋅-=+⋅-⋅0sin 032sin 2cos 032sin 2cos αααααP F F a P a P a F a P a P a F B A NANB 如果棱柱不滑动，则满足补充方程⎩⎨⎧==NBs B NA s A F f F F f F 21时处于极限平衡状态。
解以上五个方程，可求解五个未知量α,,,,NB B NA A F F F F ，其中：32)(3tan 1221+-+=s s s s f f f f α即不物体不下滑时：12213()arctan23s s s s f f f f α+≤-+ (1)当物体不翻倒时0≥NB F ，则：060≤α(2)即斜面倾角必须同时满足(1)式和(2)式，棱柱才能保持平衡。