静力学的基本概念
第一章 静力学基本概念及受力图
③ 画上主动力(一般已知 、约束反力(确定方位、假定方向) 上主动力 一般已知)、约束反力 确定方位、假定方向 一般已知 确定方位
21
[例1] 不计构件自重,分别画出圆柱体和 AB杆的受力图。
①选
②取
③画
ND' NE W YA ND XA
TB
22
[例2] 画出下列各构件的受力图。 。
D F 解： 1. 杆BC所受的力。 所受的力。 所受的力 所受的力。 2. 杆AB所受的力。 所受的力 FB′ B F D A FAx FA FB′ B F D H FB B A
第一部分
静力学
1
第一章 静力学基本概念及受力图
2
§1–1 §1–2 §1–3 §1–4
静力学的基本概念 静力学公理 约束与约束反力 物体的受力分析与受力图
3
§1-1 一、力(Force)
静力学的基本概念
1．定义： ①力是物体与物体之间的相互作用； ．定义 ②力是物体运动状态改变的原因。 2. 力的效应： 力的效应： ①运动效应(外效应)。 ②变形效应(内效应)。 3. 力的三要素(决定效应)：大小，方向，作用点(矢量) 力的三要素(决定效应) 4. 力的单位： 国际单位：牛顿(N) 力的单位： F A
约束反力特点： 约束反力特点：提供在平面内两个互相垂 直方向的反力。 直方向的反力。
18
4、滚动铰链支座 (roller support)
约束特点：限制物体在平面内垂直方向的移动。 约束特点：限制物体在平面内垂直方向的移动。 约束反力特点：提供在平面内垂直方向的反力。 约束反力特点：提供在平面内垂直方向的反力。
32
作业
1-2(b)、 (c)、 (f)、 (h) 、 、 、 1-3, 1-4 2-1、2-4 、
静力学基本概念
§2-3 力矩与力偶
工程实例
§2-3 力矩与力偶
2、力偶臂——力偶中两个力的作用线
之间的距离。
d
3、力偶矩——力偶中任何一个力的大
F2
小与力偶臂d 的乘积，加上
F1
适当的正负号。
m(F, F) m Fd
力偶矩正负规定： 若力偶有使物体逆时针旋转的趋势，力偶矩
力对某点的矩等于该力沿坐标轴的分力对
同一点之矩的代数和
§2-3 力矩与力偶
六、 力偶和力偶矩
1、力偶——大小相等的二反向平行力。
d
⑴、作用效果：只引起物体的转动。 F2
F1
⑵、力和力偶是静力学的二基本要素。
力偶特性一：力偶在任何坐标轴上的投影等于 零。力偶对物体只产生转动效应，不产生移动 效应。 力偶特性二：
F1、F2、F3 如图。
F1 A
F2 F3
F1 A
B F2 C
R D F3
x
(a)
(b)
§2-4 力在坐标轴上的投影
各力在x 轴上投影：
F1x ab F2x bc F3x dc
合力 R 在x 轴上投影：
Rx ad ab bc dc Rx F1x F2x F3x
A
F1
B
F2 C
R D F3
来表示。
F2
R
即，合力为原两力的矢量和。
矢量表达式：R= F1+F2
A
F1
2 静力学公理
推论 (三力汇交定理)
当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的 作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过 这个点。
静力学的基本概念
第一章静力学的基本概念第一节力和平衡的概念一、力的概念力的运动效应和变形效应1、力的定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生改变。
物体间的相互机械作用可分为两类：一类是物体间的直接接触的相互作用，另外一类是物和物体间的相互作用。
力的两种作用效应为：（1）外效应，也称为运动效应——使物体的运动状态发生改变；（2）内效应，也称为变形效应——使物体的形状发生变化。
静力学研究物体的外效应。
2、力的三个要素：力的大小、方向和作用点。
力的大小反映物体之间相互机械作用的强度，在国际单位制（SI）中，力的单位是牛（N）；在工程单位制中，力的单位是千克力（kgf）。
两种单位制之间力的换算关系为：1kgf=9.8N。
力的作用线：[力的方向是指静止物体在该力作用下可能产生的运动（或运动趋势）的方向。
]沿该方向画出的直线。
力的方向包含力的作用线在空间的方位和指向。
二、刚体和平衡的概念刚体：在受力作用后而不产生变形的物体称为，刚体是对实际物体经过科学的抽象和简化而得到的一种理想模型。
而当变形在所研究的问题中成为主要因素时（如在材料力学中研究变形杆件），一般就不能再把物体看作是刚体了。
平衡：指物体相对于地球保持静止或作匀速直线运动的状态。
显然，平衡是机械运动的特殊形态，因为静止是暂时的、相对的，而运动才是永衡的、绝对的。
三、力系、等效力系、平衡力系力系：作用在物体上的一组力。
按照力系中各力作用线分布的不同形式，力系可分为：（1）汇交力系力系中各力作用线汇交于一点；（2）力偶系力系中各力可以组成若干力偶或力系由若干力偶组成；（3）平行力系力系中各力作用线相互平行；（4）一般力系力系中各力作用线既不完全交于一点，也不完全相互平行。
按照各力作用线是否位于同一平面内，上述力系各自又可以分为平面力系和空间力系两大类，如平面汇交力系、空间一般力系等等。
等效力系：两个力系对物体的作用效应相同，则称这两个力系互为等效力系。
第1章 静力学公理与物体的受力分析
1、销钉 2、构件
(2) 圆柱铰链
A
约束和约束力
FAy
FAx
A
圆柱铰链约束之间的约束力： 通过铰链中心，方向不定，可 用两个正交分力表示，大小未 知。
FAx
FAy
3.
光滑铰链约束
约束和约束力
(3) 固定铰链支座 • 若铰链连接中有一个固定在地面或机架上，则称为固定 铰链支座，简称固定铰支。
例1-3 梁AB自重为P1，电动机
重P2，CD杆自重不计，分别画 出杆CD 和梁AB 的受力图。
物体的受力分析和受力图
2．取梁AB研究 画主动力，画约束力
FAy
P1
P2
FD
FAx
P1
FD
P1
FC
物体的受力分析和受力图
二、受力分析举例
例1-3 续
P1
P2
若杆CD受力画成
FAy
FD FC
FAx
P1
• 注意：不能认为作用力与反作用力平衡。
静力学公理
☆ 公理5
刚化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡，如将 此变形体刚化为刚体，其平衡状态保持不变。
柔性体（受拉力平衡）
刚化为刚体（仍平衡）
刚体的平衡条件是变形体平衡的必要而非充分条件。
刚体（受压平衡）
柔性体（受压不平衡）
§1.2 约束和约束力
一、约束的概念
FD
P1
几点说明
（1） 对象明确，分离彻底。
物体的受力分析和受力图
根据问题的要求，研究对象可以是一个物体，或几 个相联系的物体组成的物体系统。 在明确研究对象之后，必须将其周围的约束全部解除， 单独画出它的简单图形。
（2）不画内力，只画外力。
第二章静力学(高中物理基本概念归纳整理)
积大小无关
三.摩擦力
3.静摩擦力：两物体间有相对运动趋势产生的摩擦力
方向：与相对运动趋势方向相反，平行接触面。大小：由“平衡条件” “牛顿第 二定律”或者由“牛顿第三定律”求得。
注意： ①静摩擦力存在极大值，即0<f ≤ fmax ②一般最大静摩擦力大于滑动摩擦力，有些题目中假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力， 具体看题中条件。 ③摩擦力可以是动力，也可以是阻力。 ④运动的物体受的摩擦力不一定是滑动摩擦力，静止的物体受的摩擦力也不一定是静摩 擦力。 ⑤摩擦力的方向可以与运动方向相同，相反，成任意角度。（注意相对运动与运动的区 别） ⑥摩擦力可以做正功，也可以做负功、不做功。
六.共点力的平衡 2.解题方法：
合成法 分解法 正交分解法 三角形法
3.实例应用：
图解法；相似三角形问题；整体法、隔离法；临界问题；极值问题；圆周角；其它变式 训练（参考应用一、二中几何画板动态课件及例题）
祝你学业有成
2024年4月28日星期日8时28分6秒
注意：A 不受墙壁 支持力
注意：若匀速运 动，B不受摩擦 力
斜面地面均粗糙，B 物体不动，分析A减 速上升过程中各物体 受力情况。
五.共点力、力的合成与分解
1.共点力的合成：
共点力：几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于一点，这几个力 叫做共点力。（注意三力平衡必共点，除平行力外） 合力与分力：如果某一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果相同，这一个力 就是那几个力的合力，这几个力就叫做那个力的分力。 注意：这是一种等效替代的思想。 力的合成：求几个力的合力的过程 遵循规律：平行四边形定则（三角形定则） 注意： ①合力是惟一的； ②只有同一物体所受的力才可合成；作用力与反作用力不可以合成 ③分力与合力在力的作用效果方面是一种等效替代关系，而不是物体的重复受力，故合 力与分力不能共存． 求合力的方法：①作图法②计算法 互成角度的合力与分力关系：0°30°60°90°120°180°…… 求二力，三力合力的范围：
静力学的基本概念
n Fx
活动铰支座
Fn
a F
4、柔索约束力
n F
5、连杆约束力
两端为圆柱铰
3、滑移铰约束力
n F
n M
连心线
6、齿轮副约束力
节圆公切线
7、球铰约束
F
Fz Fx
Fy
8、固定端约束
FA
M Az
FAz
FAy
M Ay
FA
FAy
FAx
MA
如摩擦力
3-1-2 常见的理想约束及其约束力的简化
按照牛顿第三定律，约束力是一对作用力与反作用力， 它们一定大小相等、方向相反、分别作用在构成运动副的两 个刚体上。
下面我们讨论几种常见的理想约束： 1、支撑（承）面约束
2、转动铰约束力
n F n F
固定铰支座
Fyn
Fxn
Fyn
刚化原理
当变形体在已知力系作用下处于平衡时，如 果把变形后的变形体换成刚体(刚化)，则平 衡状态保持不变。
3-1 约束
3-1-1 约束与约束反力的概念
我们研究物体的运动时，可能遇到两种情况：
• 物体在空间的运动是不受限制的
• 物体在空间的运动受到某些限制
显然，气球作为一个自由物体运动，其运动形式无限多—— 自由物体。 绿色圆柱体在圆槽内的运动受到限制——非自由物体。 我们把那些对非自由物体的限制称为约束
进一步考察绿色圆柱体的运动，它 在圆槽内的运动形式取决于两种力 的共同作用：
• 一是使其产生运动趋势的力，如重力、驱 动力等，称之为主动力。
• 二是结构形式对其运动限制的力，称之为 约束反力，简称反力。
约束反力实际上反映了物体间的相互作用
建筑力学第2章静力学基本概念
第二节 力矩与力偶
第二节 力 矩与力偶
第二章 静力学基本概念
第二节 力矩与力偶
（一）力对点之矩
l
A
（1）用扳手拧螺母；
（2）开门，关门。
d
F
o
由上图知，力 F 使物体绕 o 点转动的效应，不仅与力的大小， 而且与 o 点到力的作用线的垂直距离 d 有关，故用乘积 Fd 来
度量力的转动效应。该乘积根据转动效应的转向取适当的正
有的则在某些处受到限制而使其沿某些方 向的运动成为不可能，称为非自由体。
对非自由体运动的限制条件（物体）称为 约束。
在静力学里，约束是以物体相互接触的方 式构成的。
第二章 静力学基本概念
第四节 约束与约束反力
物体受到的力一般可以分为两类： 主动力——是使物体运动或使物体有运动趋势的力。 如重力、水压力、土压力、风压力等。 在工程中通常称主动力为荷载。 被动力——是约束对于物体的约束反力。
AB施加两个拉力（图1-3a）或压力（图1-3b ）F1
及F2，使F1＝－F2 ，刚杆将保持静止。
F1 A
B F2 F1 A
B F2
(a)
(b)
二力平衡杆件
第二章 静力学基本概念
第一节 力 的 概 念
该公理指出了作用在刚体上最简单力系的平衡条件。但应 该注意对刚体而言，这条件既必要又充分，但对变形体而 言，这条件并不充分。以绳为例，如图所示。
负号称为力 F 对点 o 之矩，简称力矩，以符号M o (F) 表示。
第二章 静力学基本概念
第二节 力矩与力偶
即
M o (F ) Fd
o 点称为力矩的中心，简称矩心；o 点到力 F 作用 线的垂直距离 d ,称为力臂。
静力学的基本概念公理受力图
#O2
公理体系建立
#2022
二力平衡公理
作用于刚体的二力，其平 衡的充分必要条件是：此 二力大小相等，方向相反， 作用线沿同一直线。
对于变形体而言，二力平衡只 是必要条件，二力平衡时物体 也可能发生变形。
加减平衡力系公理
推论1
作用于刚体上的三个相互平衡的力，若将其中两个力的作用线汇交于一点，则此三 力必然共面且汇交于一点。
工程实例分析与 应用举例
#2022
建筑结构中静力学应用实例
建筑物的荷载分析
在建筑设计中，需要计算建筑物所承受的各种荷载，如风荷载、雪荷载、地震荷载等。 静力学原理可以帮助工程师确定荷载的大小、方向和分布，以确保建筑物的稳定性和安 全性。
结构内力分析
建筑结构在荷载作用下会产生内力，如弯矩、剪力、轴力等。静力学原理可以帮助工程 师分析结构内力的分布和传递路径，从而优化结构设计，提高结构的承载能力和经济性。
整体法
首先从整体角度考虑系统的受力情况，将系统作为一个整体 对象进行分析，确定整体的受力平衡条件。
局部法
在整体分析的基础上，再对系统中的各个局部进行详细受力 分析，考虑局部之间的相互作用和影响。
逐步细化
通过逐步细化的方式，将复杂系统的受力问题分解为多个相 对简单的子问题，便于分析和求解。
叠加法
80%
固定端约束指一个物体被完全固定 在另一个物体上，不能发生任何相
对位移。 受力特点：固定端约束可以传递任
意方向的力和力矩。 在静力学分析中，通常将固定端约 束简化为作用在固定端的三个正交 分力（或力偶）作用点，分别对应
于三个坐标轴方向上的约束力。
#O5
复杂系统受力分 析方法与技巧
#2022
静力学的基本概念
静力学的基本概念
静力学是力学的一个分支，主要研究物体在不受外力影响时的静态平衡状态及其规律。
静力学的基本概念主要有以下几个方面：
1. 力：力是一种作用在物体上的物理现象，可以改变物体的运动状态或形状。
2. 平衡：物体处于平衡状态时，其运动状态不会发生改变，也就是说物体不会受到任何力的影响。
3. 平行四边形法则：两个或多个力在同一轴线上时，它们的作用效果可以用一个平行四边形来表示，其面积等于各个力的乘积。
4. 力矩：力矩是指力对物体产生的转动作用，它等于力的大小与力臂的长度之积。
5. 力矩定理：在一个系统内，所有作用在物体上的力矩之和等于零，即系统的总动量守恒。
第一章静力学基本概念和物体受力分析
静力学——研究作用于物体上的力及其平衡的一般规律。
平衡——是指物体相对于惯性参考系处于静止或匀速直
线运动状态。工程上一般把惯性系固结在地球上，研究物 体相对于地球的平衡问题。
静力学研究以下三个问题：
一、物体的受力分析 二、讨论力系的简化， 三、建立力系的平衡条件。
注意：
（1）表明力总是成对出现的。有作用力，必有反作用力。
（2）揭示了物体间相互作用力的定量关系，是分析物体之间 受力的常用原则。
（3）作用力与反作用力分别作用在两个物体上，因此，不能 相互平衡。
1.3 约束和约束力 受力分析
1.3.1 基本概念
主动力： 能主动使物体产生运动（或运动趋势）的力。如重 力、人力、载荷。
推即理1:力的平移定理
等效
B
AF
M F
B
M = MB( F )
A
B
AF
分解 合成
M F
B A
M = MB( F )
用于分析任意力系的简化、讨论力对物体的作用效应。
1. 2 静力学基本原理
1.2.3 加减平衡力系公理
推理1:力的平移定理
攻丝
攻丝不允许单手操作
F’
F F
绞杠
丝锥
1. 2 静力学基本原理
F2
O
O
FR
F2
合力的大小与方向与分力次序无关。
（２）这个公理表明了最简单力系的简 化规律，它是复杂力系简化的基础，也 是力分解的基础。
或 FR
O
F1
F2
Fy
F
Fx
1. 2 静力学基本原理
1.2.2 二力平衡公理
作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条
静力学的基本概念-受力图
组合物体重心位置确定方法
加权平均法
对于由多个部分组成的物体，可以分别求出各部分的 重心位置和质量，然后根据加权平均原理计算整体的 重心位置。这种方法适用于各部分质量分布不均匀的 物体。
质点系法
将组合物体看作由多个质点组成，每个质点的质量等 于其所代表部分的质量。通过计算所有质点的质量和 位置坐标，可以得到整体的重心位置。这种方法适用 于复杂形状和不规则质量的物体。
力的性质与分类
力的性质
力是物体间的相互作用，具有大小、方向和作用点三个要素 。
力的分类
根据力的性质和作用方式，力可分为重力、弹力、摩擦力等 。
刚体假设与约束条件
刚体假设
在静力学中，通常将物体抽象为刚体 ，即忽略物体的变形，只考虑其整体 运动。
约束条件
约束是对物体运动的限制，分为几何 约束和运动约束。几何约束是物体形 状和尺寸的限制，运动约束是物体间 相对运动的限制。
航空航天领域中受力图分析示例
飞机结构设计
在飞机结构设计中，受力图分析是评估飞机结构强度和刚度的重要手段。通过对机翼、机身和尾翼等部件的受力图分 析，可以确保飞机在各种飞行条件下的安全性和稳定性。
火箭发射过程
在火箭发射过程中，受力图分析可以帮助工程师了解火箭在发射过程中的受力情况。这对于优化火箭的结构设计、选 择合适的发射方式和确保发射成功具有重要意义。
撑结构和抗震措施。
03
地下工程
在地下工程中，如地铁隧道、地下室等，受力图分析可以揭示土壤和岩
石对结构的作用力。这对于确定地下结构的形状、尺寸和支护方式至关
重要。
机械设计中受力图分析示例
齿轮传动
在齿轮传动系统中，通过受力图分析可以确定齿轮的受力情况和传动效率。这有助于优化 齿轮的几何参数和材料选择，提高传动的可靠性和效率。
第一章静力学的基本概念
B
A F
B
A F
BA
BA
A FCACF NhomakorabeaGG
C F
CA
10
公理2 公理2
加减平衡力系原理
在已知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。 推论1：力的可传性（只适用于刚体） 推论 ：力的可传性（只适用于刚体） 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效应。
三、平衡 是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直
线运动的状态。建立在地球上，并相对于地球不动的参
考系称为惯性参考系。它是物体机械运动的一种特殊形式。 它是物体机械运动的一种特殊形式。 它是物体机械运动的一种特殊形式
7
四、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 公理 实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。
解：以联轴器为研究对象。联轴器上的力有力偶矩M，四个螺栓的约束反 力，假设四个螺栓的受力均匀，则F1=F2=F3=F4=F，如图所示。由平面力偶 系平衡条件可知，F1与F3 、F2与F4组成两个力偶，与电动机传给联轴器的 力偶矩M平衡。据平面力偶系的平衡方程 ：
M − Fd − Fd = 0 M 2.5 F= = kN = 8.33kN 2d 2 × 0.15
26
§1–4 力的平移定理
作用在刚体上某点的力，可以平移至刚体上任意一点，但同时 必须增加一个附加力偶，该力偶的力偶矩等于原力对该点之 矩。
M=?
揭示了力对刚体产生移动和转动两种运动效应的实 质。
27
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。）
第1章 静力学基础知识
外效应 ：物体运动状态发生变化 理论力学
内效应 ：物体发生变形
例 如：力可以使汽车运动（外效应）； 也可以 使球、梁发生变形（内效应）。
材料力学
3.力的三要素 大小、方向、作用点
力是矢量．
4.力的单位 牛顿 N KN
5.力在平面上的投影 力矢在某平面上的投影，等于力的模乘以力与 投影轴正向夹角的余弦。
理论力学 – 静力学
几个基本概念
刚体：在力的作用下，其内部任意两点间的距离始终保 持不变的物体.
平衡：物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速 直线运动．
静力学：研究物体在力作用下的平衡规律。
第一章 静力学基础知识
§1-1 静力学基本概念
一、力
1.定义 力是物体间的相互机械作用，这种作用使物
体的形态或者运动状态发生变化。
推理1 力的可传性
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，并不改变该力对刚体的作用。
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．
推理2 三力平衡汇交定理
作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作 用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力 的作用线通过汇交点。
2、空间力对点的矩 ——力矩矢 三要素：
(1）大小:力 F与力臂的乘积 （2）方向:转动方向 （3）作用面：力矩作用面.
r r rr MO(F) r F
r rr r r r r r
r xi yj zk
r r rr
r
F
r
Fxri
Fy j
r
Fzk
r
r
MO(F) (r F) (xi yj zk )(Fxi Fy j Fzk )
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第一章静力学的基本概念
第一节力和平衡的概念
一、力的概念
力的运动效应和变形效应
1、力的定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生改变。
物体间的相互机械作用可分为两类：一类是物体间的直接接触的相互作用，另外一类是物和物体间的相互作用。
力的两种作用效应为：
（1）外效应，也称为运动效应——使物体的运动状态发生改变；
（2）内效应，也称为变形效应——使物体的形状发生变化。
静力学研究物体的外效应。
2、力的三个要素：力的大小、方向和作用点。
力的大小反映物体之间相互机械作用的强度，在国际单位制（SI）中，力的单位是牛（N）；在工程单位制中，力的单位是千克力（kgf）。
两种单位制之间力的换算关系为：1kgf=9.8N。
力的作用线：[力的方向是指静止物体在该力作用下可能产生的运动（或运动趋势）的方向。
]沿该方向画出的直线。
力的方向包含力的作用线在空间的方位和指向。
二、刚体和平衡的概念
刚体：在受力作用后而不产生变形的物体称为，刚体是对实际物体经过科学的抽象和简化而得到的一种理想模型。
而当变形在所研究的问题中成为主要因素时（如在材料力学中研究变形杆件），一般就不能再把物体看作是刚体了。
平衡：指物体相对于地球保持静止或作匀速直线运动的状态。
显然，平衡是机械运动的特殊形态，因为静止是暂时的、相对的，而运动才是永衡的、绝对的。
三、力系、等效力系、平衡力系
力系：作用在物体上的一组力。
按照力系中各力作用线分布的不同形式，
力系可分为：
（1）汇交力系力系中各力作用线汇交于一点；
（2）力偶系力系中各力可以组成若干力偶或力系由若干力偶组成；
（3）平行力系力系中各力作用线相互平行；
（4）一般力系力系中各力作用线既不完全交于一点，也不完全相互平行。
按照各力作用线是否位于同一平面内，上述力系各自又可以分为平面力系和
空间力系两大类，如平面汇交力系、空间一般力系等等。
等效力系：两个力系对物体的作用效应相同，则称这两个力系互为等效力系。
当一个力与一个力系等效时，则称该力为力系的合力；而该力系中的每一个力称为其合力的分力。
把力系中的各个分力代换成合力的过程，称为力系的合成；反过来，把合力代换成若干分力的过程，称为力的分解。
平衡力系：若刚体在某力系作用下保持平衡。
在平衡力系中，各力相互平衡，或者说，诸力对刚体产生的运动效应相互抵消。
可见，平衡力系是对刚体作用效应等于零的力系。
第二节静力学基本公理
静力学公理是人们从实践中总结得出的最基本的力学规律，这些规律的正确性已为实
践反复证明，是符合客观实际的。
一、二力平衡公理
作用于刚体上的两个力平衡的充分与必要条件是这两个力大小相等、方向相反、作用线相同。
这一结论是显而易见的。
如图所示直杆，在杆的两端施加一对大小相等的拉力（F1、F2）或压力（F2、F1），均可使杆平衡。
应当指出，该条件对于刚体来说是充分而且必要的；而对于变形体，该条件只是必要的而不充分。
如柔索当受到两个等值、反向、共线的压力作用时就不能平衡。
在两个力作用下处于平衡的物体称为二力体；若为杆件，则称为二力杆。
根据二力平衡公理可知，作用在二力体上的两个力，它们必通过两个力作用点的连线（与杆件的形状无关）且等值、反向。
二、加减平衡力系公理
在作用于刚体上的已知力系上，加上或减去任意平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。
这是因为平衡力系中，诸力对刚体的作用效应相互抵消，力系对刚体的效应等于零。
根据这个原理，可以进行力系的等效变换。
推论1 力的可传性原理
作用于刚体上某点的力，可沿其作用线任意移动作用点而不改变该力对刚体的作用效应。
利用加减平衡力系公理，很容易证明力的可传性原理。
设力F作用于刚体上的A点。
现在其作用线上的任意一点B加上一对平衡力系F1、F2，并且使F1= —F2=F，根据加减平衡力系公理可知，这样做不会改变原力F对刚体的作用效应，再根据二力平衡条件可知，F2和F亦为平衡力系，可以撤去。
所以，剩下的力F1与原力F等效。
力F1即可看成为力F 沿其作用线由A点移至B点的结果。
同样必须指出，力的可传性原理也只适用于刚体而不适用于变形体。
三、力的平行四边形法则
作用于物体同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力也作用于该点，其大小和方向由以两个分力为邻边的平行四边形的对角线表示，即合力矢等于这两个分力矢的矢量和。
其矢量表达式为：
F R=F1+ F2（1—1）
在求两共点力的合力时，为了作图方便，只需画出平行四边形的一半，即三角形便可。
其方法是自任意点O开始，先画出一矢量F1，然后再由F1的终点画另一矢量F2，最后由O点至力矢F2的终点作一矢量FR，它就代表F1、F2的合力矢。
合力的作用点仍为F1、F2的汇交点A。
这种作图法称为力的三角形法则。
显然，若改变F1、F2的顺序，其结果不变。
利用力的平行四边形法则，也可以把作用在物体上的一个力，分解为相交的两个分力，分力与合力作用于同一点。
实际计算中，常把一个力分解为方向已知的两个（平面）或三个（空间）分力，如图1—2即为把一个任意力分解为方向已知且相互垂直的两个（平面）或三个（空间）分力。
这种分解称为正交分解，所得的分力称为正交分力。
四、三力平衡汇交定理
作用于刚体上平衡的三个力，如果其中两个力的作用线交于一点，则第三个力必与前面两个力共面，且作用线通过此交点，构成平面汇交力系。
这是物体上作用的三个不平行力相互平衡的必要条件。
应当指出，三力平衡汇交公理只说明了不平行的三力平衡的必要条件，而不是充分条件。
它常用来确定刚体在不平行三力作用下平衡时，其中某一未知力的作用线。
图1—2
五、作用力与反作用力公理
两个物体间相互作用的一对力，总是大小相等、方向相反、作用线相同，并分别而且同时作用于这两个物体上。
这个公理概括了任何两个物体间相互作用的关系。
有作用力，必定有反作用力；反过来，没有反作用力，也就没有作用力。
两者总是同时存在，又同时消失。
因此，力总是成对地出现在两相互作用的物体上的。
要区别二力平衡公理和作用力与反作用力公理之间的关系，前者是对一个物体而言，而后者则是对物体之间而言。
第三节约束与约束反力
限制物体运动的物体称为约束物体，简称约束。
约束必然对被约束物体有力的作用，以阻碍被约束物体的运动或运动趋势。
这种力称为约束反力，简称反力。
约束反力位于约束与被约束物体的连接或接触处，其方向必与该约束所能阻碍物体的运动方向相反。
运用这个准则，可确定约束反力的方向和作用点的位置。
1．柔体约束
用柔软的皮带、绳索、链条阻碍物体运动而构成的约束叫柔体约束。
这种约束作用是将物体拉住，且柔体约束只能受拉力，不能受压力，所以约束反力一定通过接触点，沿着柔体中心线背离被约束物体的方向，且恒为拉力，如图1.14中的力。
2．光滑接触面约束
当两物体在接触处的摩擦力很小而略去不计时，其中一个物体就是另一个物体的光滑接触面约束。
这种约束不论接触面的形状如何，都只能在接触面的公法线方向上将被约束物体顶住或支撑住，所以光滑接触面的约束反力过接触点，沿着接触面的公法线指向被约束的物体，只能是压力，如图1.15中的力。
3、光滑圆柱铰链约束（简称铰约束）
光滑圆柱铰链约束的约束性质是限制物体平面移动（不限制转动），其约束反力是互相垂直的两个力（本质上是一个力），指向任意假设
4．链杆约束
链杆就是两端铰接而中间不受力的刚性直杆，由此所形成的约束称为链杆约束。
这种约束只能限制物体沿链杆轴线方向上的移动。
链杆可以受拉或者是受压，但不能限制物体沿其他方向的运动和转动，所以，链杆约束的约束反力沿着链杆的轴线，其指向假设。