平面汇交力系(课堂PPT)
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平面力系-PPT课件
力偶：两个大小相等、方向相反且不共线的平行力组成 的力系。 记作（F，F′） d 称为力偶臂 力偶所在的平面称为力偶的作用面。
2.4 平面力偶
（1）力偶不能合成为一个力，力偶也不能用一个力来平衡。因 此，力和力偶是静力学的两个基本要素
（2）力偶对作用面内任一点的矩，与矩心的位置无关。 力偶对点O的矩为Mo（F，F′）,则 M o (F ,F ) M o (F ) M o (F ) F (x d ) F xF d 力偶矩是一个代数量，其绝对值等于力的 大小与力偶臂的乘积，正负号表示力偶的 转向：一般以逆时针转向为正，反之为负。
合力矩定理：平面汇交力系的合力对于平面内任一点之 矩等于所有各分力对于该点之矩的代数和。
n
MO(FR) MO(Fi) i1
上式适用于任何有合力存在的力系。
2.3 平面力系中力对点之矩的概念及计算
力矩的解析表达式 已知力F，作用点A（x,y）及夹角θ。 力F 对坐标原点O之矩
M O (F ) M O (F y) M O (F x)
Fx 0 FBAF1sin30F2sin60 0 Fy 0 FBC F1co3s0F2co6s0 0
F 1F2P2k0N 4.解方程
F B A 0 .3P 6 6 7 .3k 2N 1F BC 1.36 P 62.3 7k 2N FBC为正值，表示这力的假设方向与实际方向相同， 即杆BC受压。 FBA为负值，表示这力的假设方向与实际 方向相反，即杆AB也受压力。
结论:平面汇交力系可简化为一合力,其合力的大小与方向
等于各分力的矢量和(几何和),合力的作用线通过汇交点。
特殊情况：如力系中各力的作用线都沿同一直线，则
此力系称为共线力系它是平面汇交力系的特殊情况，该力
2.4 平面力偶
（1）力偶不能合成为一个力，力偶也不能用一个力来平衡。因 此，力和力偶是静力学的两个基本要素
（2）力偶对作用面内任一点的矩，与矩心的位置无关。 力偶对点O的矩为Mo（F，F′）,则 M o (F ,F ) M o (F ) M o (F ) F (x d ) F xF d 力偶矩是一个代数量，其绝对值等于力的 大小与力偶臂的乘积，正负号表示力偶的 转向：一般以逆时针转向为正，反之为负。
合力矩定理：平面汇交力系的合力对于平面内任一点之 矩等于所有各分力对于该点之矩的代数和。
n
MO(FR) MO(Fi) i1
上式适用于任何有合力存在的力系。
2.3 平面力系中力对点之矩的概念及计算
力矩的解析表达式 已知力F，作用点A（x,y）及夹角θ。 力F 对坐标原点O之矩
M O (F ) M O (F y) M O (F x)
Fx 0 FBAF1sin30F2sin60 0 Fy 0 FBC F1co3s0F2co6s0 0
F 1F2P2k0N 4.解方程
F B A 0 .3P 6 6 7 .3k 2N 1F BC 1.36 P 62.3 7k 2N FBC为正值，表示这力的假设方向与实际方向相同， 即杆BC受压。 FBA为负值，表示这力的假设方向与实际 方向相反，即杆AB也受压力。
结论:平面汇交力系可简化为一合力,其合力的大小与方向
等于各分力的矢量和(几何和),合力的作用线通过汇交点。
特殊情况：如力系中各力的作用线都沿同一直线，则
此力系称为共线力系它是平面汇交力系的特殊情况，该力
第二章平面汇交力系ppt课件
⑴选箱盖为研究对象， 画它的受力图
⑵三个力必汇交于吊环 中心A。
⑶画力三角形
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
a TAC
30° W 45° c
b
TAB
如果力三角形的几何 关系不复杂，可以选 用数解法，运用三角 公式来计算:
O
F1
A
O
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
(2)平面汇交力系的合成:
应用力的多边形法则:
设刚体上受到F1、F2、F3及F4等许多力的作用， 它们的作用线在同一平面内，正汇交于O点。 (如图所示)
R RX 2 RY2 (417)20(275)20500N0
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
⑵合力的方向:
cos RX
R
4170
0.834
5000
Y RX O
Rα
X
RY
RX = ∑FX = - 4170N
⑴ 按比例先画出封闭的力多边形 ⑵ 用尺和量角器在图上直接量得所要求的
未知量
也可采用数解法，即根据图形的边角关系， 用三角公式计算出所要求的未知量。
例1 起重机吊起的减速箱盖重W＝900 N， 两根钢丝绳AB和AC与沿垂线的夹角分别为 α＝45°， β ＝30°试求箱盖匀速吊起时， 钢丝绳AB和AC的张力。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
平面汇交力系PPT课件
刚体静力学中平面汇交力系可以简化为平面共 点力系。 本章研究的两个问题：
平面汇交力系的合成（简 化）和平面汇交力系的平衡。
研究方法： 几何法和解析法。
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平面汇交力系
4
§2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
1. 合成
连续应用力的三角形法则，将各力依次合成。
ABCD称为力多边形。用几何作图求合力的方法，
称为几何法。
F RF 1F2F3
FRF1F2... Fn
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5
2. 平衡 平面汇交力系平衡的必要和充分条件是合力为零， 即: FR=0 ；在几何法中，合力为零即为力多边形自 行封闭。
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3. 三力平衡汇交定理
若刚体受三个力作用而平衡，且其中两个力的 作用线相交于一点，则其余一个力的作用线必汇交 于同一点，而且三个力的作用线在同一平面内。
平面汇交力系
12
由图知，若已知力 的 大小为F 及其与x轴、y轴的
夹角为a、b，则
FxFcoas
F yF co b s F sa in
即力在某个轴上的投影等于力的模乘以力与该轴的
正向间夹角的余弦。当a、b 为锐角时，Fx、Fy 均 为正值；当a、b 为钝角时，Fx、Fy 为负值。故力
在坐标轴上的投影是个代数量。
由于提供的独立的方程有两个，故可以求解两 个未知量。
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例 题 2- 3
重物质量m =10 kg, 悬挂在支架铰接点 B 处， A、C 为固定铰支座，杆 件位置如图示，略去支 架杆件重量，求重物处
于平衡时，AB、BC 杆
平面汇交力系的合成（简 化）和平面汇交力系的平衡。
研究方法： 几何法和解析法。
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§2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
1. 合成
连续应用力的三角形法则，将各力依次合成。
ABCD称为力多边形。用几何作图求合力的方法，
称为几何法。
F RF 1F2F3
FRF1F2... Fn
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2. 平衡 平面汇交力系平衡的必要和充分条件是合力为零， 即: FR=0 ；在几何法中，合力为零即为力多边形自 行封闭。
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3. 三力平衡汇交定理
若刚体受三个力作用而平衡，且其中两个力的 作用线相交于一点，则其余一个力的作用线必汇交 于同一点，而且三个力的作用线在同一平面内。
平面汇交力系
12
由图知，若已知力 的 大小为F 及其与x轴、y轴的
夹角为a、b，则
FxFcoas
F yF co b s F sa in
即力在某个轴上的投影等于力的模乘以力与该轴的
正向间夹角的余弦。当a、b 为锐角时，Fx、Fy 均 为正值；当a、b 为钝角时，Fx、Fy 为负值。故力
在坐标轴上的投影是个代数量。
由于提供的独立的方程有两个，故可以求解两 个未知量。
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例 题 2- 3
重物质量m =10 kg, 悬挂在支架铰接点 B 处， A、C 为固定铰支座，杆 件位置如图示，略去支 架杆件重量，求重物处
于平衡时，AB、BC 杆
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FR 称为原力系的主矢。
（二）主矩 平面附加力偶系（ M1 ， M 2 ，…， M n ）可合成为一个合力偶，合力偶之矩 M O 等于各附加力偶矩的代数和，即 M O ＝ M1 + M 2 +…+ M n ＝ M O ( F1 )＋ M O ( F2 )＋…＋ M O ( Fn )＝∑ M O ( F ) M O 称为原力系对简化中心 O 的主矩，它等于原力系中各力对 O 点之矩的代 数和。
3．力系平衡
这是指 FR ＝0， Mo ＝0 的情况，在§4-3 中对此将作详细讨论。
三、平面一般力系的合力矩定理
合力矩定理 平面一般力系如果有合力， 则合力对该力系作用面内任一点之矩等于 力系中各分力对该点之矩的代数和。
第三节 平面一般力系的平衡方程
第三节 平面一般力系的平衡方程
一、平衡方程的基本形式
• 2．力的平移定理：作用在刚体上某点的力，可以平 行移动到该刚体上任一点，但必须同时附加一个力偶， 其力偶矩等于原来的力对平移点之矩。
• 3．主矢与主矩。 • 4．平面一般力系平衡方程的基本形式和其他形式。 • 5．平面一般力系平衡方程的应用。
以下各分力在轴或轴上的代数和简记为 或），这就是合力投影定理。
小结
• 1．各力的作用线在同一平面内且相交于一 点的力系，称为平面汇交力系。研究平面 汇交力系重点是讨论平衡问题。研究的方 法有：①几何法（矢量法）；②解析法 （投影法）。
• 2. 平面汇交力系平衡的必要和充分条件是 该力系的合力为零。
• 三、三力平衡汇交定理
• 若刚体受三个力作用而平衡，且其中两个 力的作用线相交于一点，则三个力的作用 线必汇交于一点，而且共面。
第二节 平面汇交力系合成与平衡的解析法
（二）主矩 平面附加力偶系（ M1 ， M 2 ，…， M n ）可合成为一个合力偶，合力偶之矩 M O 等于各附加力偶矩的代数和，即 M O ＝ M1 + M 2 +…+ M n ＝ M O ( F1 )＋ M O ( F2 )＋…＋ M O ( Fn )＝∑ M O ( F ) M O 称为原力系对简化中心 O 的主矩，它等于原力系中各力对 O 点之矩的代 数和。
3．力系平衡
这是指 FR ＝0， Mo ＝0 的情况，在§4-3 中对此将作详细讨论。
三、平面一般力系的合力矩定理
合力矩定理 平面一般力系如果有合力， 则合力对该力系作用面内任一点之矩等于 力系中各分力对该点之矩的代数和。
第三节 平面一般力系的平衡方程
第三节 平面一般力系的平衡方程
一、平衡方程的基本形式
• 2．力的平移定理：作用在刚体上某点的力，可以平 行移动到该刚体上任一点，但必须同时附加一个力偶， 其力偶矩等于原来的力对平移点之矩。
• 3．主矢与主矩。 • 4．平面一般力系平衡方程的基本形式和其他形式。 • 5．平面一般力系平衡方程的应用。
以下各分力在轴或轴上的代数和简记为 或），这就是合力投影定理。
小结
• 1．各力的作用线在同一平面内且相交于一 点的力系，称为平面汇交力系。研究平面 汇交力系重点是讨论平衡问题。研究的方 法有：①几何法（矢量法）；②解析法 （投影法）。
• 2. 平面汇交力系平衡的必要和充分条件是 该力系的合力为零。
• 三、三力平衡汇交定理
• 若刚体受三个力作用而平衡，且其中两个 力的作用线相交于一点，则三个力的作用 线必汇交于一点，而且共面。
第二节 平面汇交力系合成与平衡的解析法
第2章平面汇交力系.ppt
112.3 N
17
§2-2 汇交力系合成与平衡的解析法
例题1
合力FR的大小：
FR FR2x FR2y 171.3 N
合力FR的方向：
y
F2
FR
cos FRx 0.754
FR
cos FRy 0.656
FR
则，FR与x，y 轴的夹角分别为：
60o 30o F1
线过各力的汇交点。其大小和方向为力系
中各个力的矢量和。即
FR Fi
7
§2-1 汇交力系合成与平衡的几何法
力多边形
F2
= F1
F3
=
F4 FR
A
FR
几何意义：平面汇交力系的合力即为力多边形的封闭边。
注意：在力多边形中，各分力矢首尾相接，环绕同一 方向，而合力矢则反向封闭力多边形。
8
§2-1 汇交力系合成与平衡的几何法
45o O 45o
x
F3
F4
40.99
49.01
18
§2-2 汇交力系合成与平衡的解析法
例题2
连杆机构OABC受力P和力F作用而在图示位置平 衡。已知P=4kN，不计杆自重，求力F的大小。
B
解：“B”
FA
P
Fy =0
1200
O
C 600
P ·cos600 - FAB·cos600 = 0
静力学
第二章 力系的等效与简化
1
第二章 力系的等效与简化
基本内容： 1、平面汇交力系的合成 2、平面力偶系的合成 3、平面任意力系的合成
2
第二章 力系的等效与简化
基本要求：
理论力学课件-平面汇交力系
o
9
（2）确定合力的大小和方向 ）
FR = FRx 2 + FRy 2 = 129.32 + 112.32 N = 171.3N
FRx ∑ Fix 129.3 cos α = = = = 0.7548 FR FR 171.3
cos β =
FRy FR
∑F =
FR
ix
112.3 = = 0.6556 171.3
FAC
2 4 = P−F⋅ 5 3
FBC
3 1 4 = F− P−F⋅ 5 5 3
为使两根绳索保持张紧， 为使两根绳索保持张紧，则 FAC > 0，且 FBC > 0 由此得到F 的取值范围为: 由此得到 的取值范围为 290.34 N < F < 667.5 N
17
y
：（1） 解：（ ）计算合力的投影 由合力投影定理，得合力的投影 由合力投影定理，
F2
60 45o
o
FR F 1
30o
45o
x
F4
F3
o o o
FRx = F1 cos 30 − F2 cos 60 − F3 cos 45 + F4 cos 45 = 129.3N
FRy = F1 sin 30o + F2 sin 60o − F3 sin 45o − F4 sin 45o = 112.3N
F = Fx + Fy = Fx i + Fy j
6
二、合力投影定理
y
d2 c2 e2 b2 a2
d
c
F2
F3
F4
e
FR
FR x = F x + F2x + F x + F4x 1 3
建筑力学课件 第三章 平面汇交力系
显然，C点受G、FAC、FBC作用而平衡，根据平面汇交力系平衡的几何条件
，此三力组成的三角形自行封闭；
3.2平面汇交力系的平衡
（2）选择比例：1cm 代表15 kN； （3）选任意a点为起点，按比例进行作图。按首尾相连的作法，先画出所有
已知力的矢量，得到一个开口的力多边形（本例为一条直线），即有一 个原始起点a和一个终点b；
解题时，未知力的指向先假设，若计算结果为 正值，则表示所设指向与力的实际指向相同 ；若计算结果为负值，则表示所设指向与力 的实际指向相反。
选坐标系以投影方便为原则，计算时注意投影 的正负和大小的计算。
3.2平面汇交力系的平衡
例3-4 如图3-10a所示，重物 W=20kN，用钢丝绳挂在 支架的滑轮上，钢丝绳的 另一端缠绕在绞车D上。 杆AB与BC铰接， A，C 与墙的连接都是铰链连结 。两杆和滑轮的自重不计 ，并忽略摩擦和滑轮的大 小，试求平衡时杆 AB与 BC所受的力。
3.1平面汇交力系的简化与合成
同理，从力矢的两端向y轴作 垂线，两垂足的连线冠以相 应的正负号称为力F在y轴 上的投影，以Fy表示。
应当指出，矢量F在轴上的投 影不再是矢量而是代数量， 并规定其投影的指向与坐标 轴的正向相同时为正值，反 之为负。
3.1平面汇交力系的简化与合成
力的投影与力的大小及方向 有关。通常采用力F与坐 标轴x所夹的锐角来计算投 影，其正、负号可根据上 述规定直观判断确定。由 图3-4可知，投影Fx、Fy 可用下式计算
F R
2
2
F F
Rx
Ry
(
F x
)2
(
F y
)2
所以，要使力系的合力FR等于零，应使下式成立
F R
2
，此三力组成的三角形自行封闭；
3.2平面汇交力系的平衡
（2）选择比例：1cm 代表15 kN； （3）选任意a点为起点，按比例进行作图。按首尾相连的作法，先画出所有
已知力的矢量，得到一个开口的力多边形（本例为一条直线），即有一 个原始起点a和一个终点b；
解题时，未知力的指向先假设，若计算结果为 正值，则表示所设指向与力的实际指向相同 ；若计算结果为负值，则表示所设指向与力 的实际指向相反。
选坐标系以投影方便为原则，计算时注意投影 的正负和大小的计算。
3.2平面汇交力系的平衡
例3-4 如图3-10a所示，重物 W=20kN，用钢丝绳挂在 支架的滑轮上，钢丝绳的 另一端缠绕在绞车D上。 杆AB与BC铰接， A，C 与墙的连接都是铰链连结 。两杆和滑轮的自重不计 ，并忽略摩擦和滑轮的大 小，试求平衡时杆 AB与 BC所受的力。
3.1平面汇交力系的简化与合成
同理，从力矢的两端向y轴作 垂线，两垂足的连线冠以相 应的正负号称为力F在y轴 上的投影，以Fy表示。
应当指出，矢量F在轴上的投 影不再是矢量而是代数量， 并规定其投影的指向与坐标 轴的正向相同时为正值，反 之为负。
3.1平面汇交力系的简化与合成
力的投影与力的大小及方向 有关。通常采用力F与坐 标轴x所夹的锐角来计算投 影，其正、负号可根据上 述规定直观判断确定。由 图3-4可知，投影Fx、Fy 可用下式计算
F R
2
2
F F
Rx
Ry
(
F x
)2
(
F y
)2
所以，要使力系的合力FR等于零，应使下式成立
F R
2
平面汇交力系课件-PPT
5
c F3 d
2.1.2平面汇交力系平衡的几何条件 F2
F4 e
b
平衡条件 Fi 0
F1
FR
a
平面汇交力系平衡的必要和充衡的情形下，力多边形中最后一力的终 点与第一力的起点重合，此时的力多边形称为封 闭的力多边形。于是，平面汇交力系平衡的必要 与充分条件是：该力系的力多边形自行封闭，这 是平衡的几何条件。
各力矢与合力矢构成的多边形称为力多边形。 用力多边形求合力的作图规则称为力的多边形法则。
4
结论：平面汇交力系可简化为一合力，其合力的大小 与方向等于各分力的矢量和(几何和)，合力的作用线 通过汇交点。 用矢量式表示为：
FR F1 F2 Fn F
如果一力与某一力系等效，则此力称为该力系的合力。
2.2.3 平面汇交力系合成的解析法
合力的大小为： F F 2 F 2
R
Rx
Ry
tan FRy Fy
FRx
Fx
14
例2-3
已知：图示平面共点力系； 求：此力系的合力.
解：用解析法
F Rx
F ix
F cos 30 1
F 2
cos 60
F 3
cos 45
F 4
cos 45
129.3N
平衡方程
Fx 0
Fy 0
平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：各力在 作用面内两个坐标轴上投影的代数和等于零。上式称 为平面汇交力系的平衡方程。
16
例2-4 已知：系统如图，不计杆、轮自重，忽略滑轮大小， P=20kN； 求：系统平衡时，杆AB,BC受力.
解：AB、BC杆为二力杆，
取滑轮B（或点B），画受力图. 建图示坐标系
10
c F3 d
2.1.2平面汇交力系平衡的几何条件 F2
F4 e
b
平衡条件 Fi 0
F1
FR
a
平面汇交力系平衡的必要和充衡的情形下，力多边形中最后一力的终 点与第一力的起点重合，此时的力多边形称为封 闭的力多边形。于是，平面汇交力系平衡的必要 与充分条件是：该力系的力多边形自行封闭，这 是平衡的几何条件。
各力矢与合力矢构成的多边形称为力多边形。 用力多边形求合力的作图规则称为力的多边形法则。
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结论：平面汇交力系可简化为一合力，其合力的大小 与方向等于各分力的矢量和(几何和)，合力的作用线 通过汇交点。 用矢量式表示为：
FR F1 F2 Fn F
如果一力与某一力系等效，则此力称为该力系的合力。
2.2.3 平面汇交力系合成的解析法
合力的大小为： F F 2 F 2
R
Rx
Ry
tan FRy Fy
FRx
Fx
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例2-3
已知：图示平面共点力系； 求：此力系的合力.
解：用解析法
F Rx
F ix
F cos 30 1
F 2
cos 60
F 3
cos 45
F 4
cos 45
129.3N
平衡方程
Fx 0
Fy 0
平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：各力在 作用面内两个坐标轴上投影的代数和等于零。上式称 为平面汇交力系的平衡方程。
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例2-4 已知：系统如图，不计杆、轮自重，忽略滑轮大小， P=20kN； 求：系统平衡时，杆AB,BC受力.
解：AB、BC杆为二力杆，
取滑轮B（或点B），画受力图. 建图示坐标系
10
理论力学课件 4.1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
平面汇交力系和平面力偶系
各力的作用线都汇交于一点的力系。可分为空间汇交 力系和平面汇交力系。
合力
多个力汇交于一点，如果能用一个力来等效替换， 此力称为合力。简言之：如果一个力与某一力系等 效，则称此力为该力系的合力。
平面汇交力系和平面力偶系
（1）两个共点力的合成
力三角形规则
尾 首
1、平面汇交力系合成与平衡 的几何法
注意：力三角形规则求出的是合力的大小与方向， 作用点仍在交汇点。
力多边形规则 力多边形 不唯一
注意：力多边形规则求出的是合力的大小与方向， 作用点仍在交汇点。
1、平面汇交力系合成与平衡 的几何法
平面汇交力系和平面力偶系
（3）汇交力系平衡的几何条件
å 平衡条件 FR = Fi = 0
汇交力系平衡的必要和充分条件是：
该力系的力多边形自行封闭 平衡的几何条件
1、平面汇交力系合成与平衡 的几何法
平面汇交力系和平面力偶系
平面汇交力系和平面力偶系
本讲主要内容
1、平面汇交力系合成与平衡的几何法 2、平面汇交力系合成与平衡的解析法 3、平面力对点的矩和平面力偶 4、平面力偶系的合成和平衡条件
平面汇交力系和平面力偶系
1、平面汇交力系合成与平衡 的几何法
平面汇交力系和平面力偶系
汇交力系
1、平面汇交力系合成与平衡 的几何法
解：CD为二力杆，取AB杆为研究对象，画受力图
E
1、平面汇交力系合成与平衡 的几何法
FA θ
FC 45°
F
A
C
B
汇交力系，利用平衡的几何条件，画封闭的力三角形.
c
b
FA
a
θ
FC
F 45°bF源自FCaFA c
第二节平汇交力系 16页PPT文档
平面汇交力系合成与平衡的解析法
平面汇交力系合成解析法 平面汇交力系的平衡方程及其应用
谢谢！
xiexie!
若n个力汇交一点，则： FR=F1+F2+…+Fn=∑F
注意： 力的多边形法则的合力大小和方向与各 力相加的顺序无关。
多个共点力合成的多边形法则
FR=F1+F2+F3+F4=∑F
力的多边形法则的应用
例8-1：固定环上套有三根绳索，它们分别受 拉 F法3=力则15F确01、N定，F该2各、力力F系3方作的向用合如，力图若大。F1小=3试和0N用作，力用F2的位=6多置0N边。，形
两个共点力合成的三角形法则
2 力的多边形法则
在并 形刚汇合体交成某于法平则O点面来，上求其有得合一，力汇即F交R可力连系续F1使、用F2、上F述3、力F三4作角用 FR=F1+F2+F3+F4=∑F
若 后连求其合封力闭FR只边需，将从各共力同F的1、始…端、O指F4向首末尾端相所接形，成最 的 多边矢形量法即则为。合力FR的大小和方向，此法称为力的
Rx
Ry
∑Fx=0 ∑Fy=0
用方程解题时，因坐标轴可任意选取，则可 列出无数个投影方程，独立的方程。因此对 于平面汇交力系，只能求解两个未知量。
例8-2：曲柄连杆机构。活塞受气体压力为 Fp=100kN，当а=30°时，试计算连杆和气缸壁 所受的力。
活塞连杆受力图
解： (1)取活塞为研究对象。
注意：①当力与轴平行时， 力在轴上的投影绝对值等 于力的大小；
②当力与轴垂直时，力在轴上的投影为零； ③分力是矢量，而力在坐标轴上的投影是代数量。
若已知Fx、Fy的值，可求出力F的大小和方向。
平面汇交力系合成解析法 平面汇交力系的平衡方程及其应用
谢谢！
xiexie!
若n个力汇交一点，则： FR=F1+F2+…+Fn=∑F
注意： 力的多边形法则的合力大小和方向与各 力相加的顺序无关。
多个共点力合成的多边形法则
FR=F1+F2+F3+F4=∑F
力的多边形法则的应用
例8-1：固定环上套有三根绳索，它们分别受 拉 F法3=力则15F确01、N定，F该2各、力力F系3方作的向用合如，力图若大。F1小=3试和0N用作，力用F2的位=6多置0N边。，形
两个共点力合成的三角形法则
2 力的多边形法则
在并 形刚汇合体交成某于法平则O点面来，上求其有得合一，力汇即F交R可力连系续F1使、用F2、上F述3、力F三4作角用 FR=F1+F2+F3+F4=∑F
若 后连求其合封力闭FR只边需，将从各共力同F的1、始…端、O指F4向首末尾端相所接形，成最 的 多边矢形量法即则为。合力FR的大小和方向，此法称为力的
Rx
Ry
∑Fx=0 ∑Fy=0
用方程解题时，因坐标轴可任意选取，则可 列出无数个投影方程，独立的方程。因此对 于平面汇交力系，只能求解两个未知量。
例8-2：曲柄连杆机构。活塞受气体压力为 Fp=100kN，当а=30°时，试计算连杆和气缸壁 所受的力。
活塞连杆受力图
解： (1)取活塞为研究对象。
注意：①当力与轴平行时， 力在轴上的投影绝对值等 于力的大小；
②当力与轴垂直时，力在轴上的投影为零； ③分力是矢量，而力在坐标轴上的投影是代数量。
若已知Fx、Fy的值，可求出力F的大小和方向。
工程力学ppt 2平面汇交力系和平面力偶系
FR F1 F2 Fn Fi
i 1
(2-1)
a
b 图2.1
c
● 2.1.2 平面汇交力系合成的几何法
由力多边形法则知，平面汇交力系的合成结果为一合力，显然， 平面汇交力系平衡的必要和充分条件是该力系的合力等于零。如 果用矢量形式表示，即
FR
F
i 1
n
i
0
（2-2）
由力的合成的几何法可知，平面汇交力系的合力是由力多边形 的封闭边来表示的。在平衡的情形下合力为零，也就是力多边形 中最后一力终点与第一个力的起点重合，此时的力多边形称为封 闭的力多边形。于是得到如下结论：平面汇交力系平衡的必要和 充分条件是力多边形自行封闭。这就是平面汇交力系平衡的几何 条件。 运用平面汇交力系平衡的几何条件求解问题时，需要首先按比 例画出封闭的力多边形，然后用尺和量角器在图上量得所要求的 未知量；也可根据图形的几何关系，用三角公式计算出所要求的 未知量，这种解题方法称为几何法。
FA 22.4kN，FC 28.3kN
根据作用力和反作用力的关系，作用于杆DC在端C的力FC与 FC 的大小相等，方向相反，由此可知杆DC是受压杆，如图2.3(b)所 示。
应该指出，封闭的力的多边形也可以根据三角几何关系，作成 如图2.3(d)所示的力三角形，同样可求得力 FA 和 FC ，且结果相 同。 通过以上例题，可知用几何法求解平衡问题的主要步骤如下： (1) 选取研究对象。根据题意，分析已知量与待求量，选取恰 当的平衡物体作为研究对象，并画出分离体简图。 (2) 分析研究对象的受力情况，正确地画出其相应的受力图。 在研究对象上，画出其所受的全部外力。若某个约束反力的作用 线不能根据约束特性直接确定，而物体又只受三个力作用时，则 可根据三力平衡汇交的条件来确定未知力的作用线方位。 (3) 作封闭的力多边形图，求解未知量。可以应用比例尺直接 量出待求的未知量，也可以根据几何三角关系计算出来。
i 1
(2-1)
a
b 图2.1
c
● 2.1.2 平面汇交力系合成的几何法
由力多边形法则知，平面汇交力系的合成结果为一合力，显然， 平面汇交力系平衡的必要和充分条件是该力系的合力等于零。如 果用矢量形式表示，即
FR
F
i 1
n
i
0
（2-2）
由力的合成的几何法可知，平面汇交力系的合力是由力多边形 的封闭边来表示的。在平衡的情形下合力为零，也就是力多边形 中最后一力终点与第一个力的起点重合，此时的力多边形称为封 闭的力多边形。于是得到如下结论：平面汇交力系平衡的必要和 充分条件是力多边形自行封闭。这就是平面汇交力系平衡的几何 条件。 运用平面汇交力系平衡的几何条件求解问题时，需要首先按比 例画出封闭的力多边形，然后用尺和量角器在图上量得所要求的 未知量；也可根据图形的几何关系，用三角公式计算出所要求的 未知量，这种解题方法称为几何法。
FA 22.4kN，FC 28.3kN
根据作用力和反作用力的关系，作用于杆DC在端C的力FC与 FC 的大小相等，方向相反，由此可知杆DC是受压杆，如图2.3(b)所 示。
应该指出，封闭的力的多边形也可以根据三角几何关系，作成 如图2.3(d)所示的力三角形，同样可求得力 FA 和 FC ，且结果相 同。 通过以上例题，可知用几何法求解平衡问题的主要步骤如下： (1) 选取研究对象。根据题意，分析已知量与待求量，选取恰 当的平衡物体作为研究对象，并画出分离体简图。 (2) 分析研究对象的受力情况，正确地画出其相应的受力图。 在研究对象上，画出其所受的全部外力。若某个约束反力的作用 线不能根据约束特性直接确定，而物体又只受三个力作用时，则 可根据三力平衡汇交的条件来确定未知力的作用线方位。 (3) 作封闭的力多边形图，求解未知量。可以应用比例尺直接 量出待求的未知量，也可以根据几何三角关系计算出来。
平面汇交力系课件PPT
物体在平面上匀速运动
当物体在平面上匀速运动时，受到的 牵引力和阻力可以构成一个平面汇交 力系。
02
平面汇交力系的合成与平衡
合成法则
平面汇交力系合成的几何法
利用力的平行四边形法则，通过几何作图将多个力合成一个 或几个力的过程。
平面汇交力系合成的解析法
通过数学解析的方式，将多个力的矢量合成表示为一个或几 个矢量的过程。
比较测力计读数与理 论值，分析误差产生 的原因。
THANKS
感谢观看
03
平面汇交力系的应用
工程实例分析
桥梁受力分析
通过平面汇交力系分析桥 梁在不同负载下的受力情 况，确保桥梁安全。
建筑结构稳定性
利用平面汇交力系分析建 筑结构的稳定性，预防因 受力不均导致的结构破坏 。
机械零件强度评估
通过平面汇交力系分析机 械零件在各种工况下的受 力情况，确保零件的强度 和可靠性。
特点
01
02
03
力系平衡
平面汇交力系可以处于平 衡状态，即所有力的矢量 和为零。
力的方向
平面汇交力系的各个力的 方向都在同一平面内，且 相交于一点。
力的作用点
平面汇交力系的各个力的 作用点都在同一平面内， 且相交于一点。
实例
物体在平面上静止
当物体在平面上静止时，受到的重力 和支持力可以构成一个平面汇交力系 。
力的分解与合成
力的正交分解
将一个力分解为两个相互垂直的分力 ，便于分析受力情况。
力的合成
根据力的作用效果，将多个分力合成 一个合力，简化受力分析。
力矩的计算
力矩的定义
力矩的计算公式
力矩是力和力臂的乘积，表示力对物 体转动效果的量度。
当物体在平面上匀速运动时，受到的 牵引力和阻力可以构成一个平面汇交 力系。
02
平面汇交力系的合成与平衡
合成法则
平面汇交力系合成的几何法
利用力的平行四边形法则，通过几何作图将多个力合成一个 或几个力的过程。
平面汇交力系合成的解析法
通过数学解析的方式，将多个力的矢量合成表示为一个或几 个矢量的过程。
比较测力计读数与理 论值，分析误差产生 的原因。
THANKS
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03
平面汇交力系的应用
工程实例分析
桥梁受力分析
通过平面汇交力系分析桥 梁在不同负载下的受力情 况，确保桥梁安全。
建筑结构稳定性
利用平面汇交力系分析建 筑结构的稳定性，预防因 受力不均导致的结构破坏 。
机械零件强度评估
通过平面汇交力系分析机 械零件在各种工况下的受 力情况，确保零件的强度 和可靠性。
特点
01
02
03
力系平衡
平面汇交力系可以处于平 衡状态，即所有力的矢量 和为零。
力的方向
平面汇交力系的各个力的 方向都在同一平面内，且 相交于一点。
力的作用点
平面汇交力系的各个力的 作用点都在同一平面内， 且相交于一点。
实例
物体在平面上静止
当物体在平面上静止时，受到的重力 和支持力可以构成一个平面汇交力系 。
力的分解与合成
力的正交分解
将一个力分解为两个相互垂直的分力 ，便于分析受力情况。
力的合成
根据力的作用效果，将多个分力合成 一个合力，简化受力分析。
力矩的计算
力矩的定义
力矩的计算公式
力矩是力和力臂的乘积，表示力对物 体转动效果的量度。
平面力系汇交力偶PPT课件
n
MO (FR ) MO (Fi ) i 1
注：任意力系均成立
23
第23页/共55页
§2–1 平面力对点之矩 平面力偶
2、合力矩定理与力矩的解析表达式
力矩的解析表达式
MO (F ) MO (Fy ) MO (Fx )
x F sin y F cos
x Fy y Fx
y
Fy
F
F´
F/2
F´/ 2
M
34
第34页/共55页
§2–1 平面力对点之矩 平面力偶
力与力偶的比较
P
P
C
C
F P
C
C
P′
F′
35
第35页/共55页
§2–1 平面力对点之矩 平面力偶
[ 讨论 ]
从力偶的性质知，力偶 无合力，故一个力不能与 力偶平衡。为什么图示的 轮子上作用的力偶矩M = PR的力偶能与重物的重 力P相平衡？
所以： M 2 F2d2
M 2 P2d
F '= P1 '–P2'
新力偶矩 M F d (P1 P2')d F1d F2'd M1 M 2
39
第39页/共55页
§2–1 平面力对点之矩 平面力偶
5、平面力偶系的合成和平衡条件
（1）平面力偶系的合成
40
第40页/共55页
§2–1 平面力对点之矩 平面力偶
18
第18页/共55页
§2–1 平面汇交力系 4、对力的方向判定不准的，一般用解析法。 5、解析法解题时，力的指向可以任意设，如果求 出负值，说明力的指向与假设相反。对于二力构件， 一般先设为拉力，如果求出负值，说明物体受压力。
《汇交力系》课件
二力杆的应用场景
在工程结构中，二力杆广泛应 用于桥梁、建筑和机械等领域
，用以支撑和传递载荷。
力的可传递性
力的可传递性定义
力的可传递性是指在刚体上作用三个或三个以上的共线平 行力，这些力可以沿其作用线任意移动而不改变其作用效 果。
力的可传递性原理
力的可传递性原理表明，对于共线平行的多力合成，不论 这些力在作用线上如何移动，只要不改变其作用点，它们 对刚体的作用效果总是一样的。
05
汇交力系中的特殊问 题
二力杆问题
01
02
03
04
二力杆的定义
二力杆指的是在力的作用下， 只承受两个力且处于平衡状态
的杆件。
二力杆的平衡条件
二力杆在平衡状态下，其两端 的力必须大小相等、方向相反
且作用在同一条直线上。
二力杆的分类
根据其形状和功能，可以将二 力杆分为固定二力杆、活动二
力杆和可变二力杆。
力的可传递性的应用
力的可传递性原理在工程实践中具有广泛的应用，如机械 传动、车辆悬挂系统和船舶推进系统等。
力线平移定理
01 02
力线平移定理的内容
力线平移定理是指如果作用在刚体上的力沿其作用线移动一段距离，而 不改变它对刚体的作用效果，则这个力的作用点沿其作用线所作的移动 距离等于该力的大小。
力线平移定理的证明
吊车吊重分析
总结词
通过汇交力系分析，确定吊车吊重的合理范围，确保安全作 业。
详细描述
在吊车吊重分析中，利用汇交力系的原理，可以确定吊车在 各种工况下的受力情况，从而计算出吊车的最大承载能力和 安全作业范围。这有助于确保吊车在作业过程中不会发生倾 覆或超载等危险情况。
杠杆平衡分析
平面汇交力系与平面力偶系(工程力学课件)
F
sin
cos
F1 F cot
A
yFAB F'AB
x FDA
F
B F1 C
B F1 FCB
力对点之矩、合力矩定理
力对点之矩、合力矩定理
一、力对点之矩
M O (F ) Fd
说明：
＋
－
① 平面内力对点之矩是代数量，不仅与力的大小有关，且 与矩心位置有关。 ② 当F=0或d=0时，MO (F ) 0
C
h A
d
l Fy
F 解：1.求MA(F)
D
Fx
F力对A点力臂d的几何关系较复杂不宜确定， 用合力矩定理。
B
M A (F ) M A (Fx ) M A (Fy )
F cos h F sin l
F (cos h sin l)
力对点之矩、合力矩定理
例：图示刚架ABCD, 在D点作用F力,已知力F的方向角为。 求：1.F力对A点的力矩, 2. B点约束力对A点的力矩。
F'
d
aO
＝ MO(F，F')
F
力偶、力偶系的合成与平衡 力偶的性质
③力偶可在其作用平面内任意搬移，而不改变它对物体的转动效应。 ④只要保持力偶矩的大小和力偶的转向不变，可以同时改变力偶中力 的大小和力臂的长短，而不会改变力偶对物体的转动外效应。
25kN 4m
25kN
力偶、力偶系的合成与平衡
力偶的等效
Fy 0 : FBC sin 30 G 0
A
30° B FAB G 30°
B
C
FCB G
x
FBC
G sin 30
2G
210
20kN
汇交力系教学课件PPT
FRx = F1x + F2x + F3x + F4x FRy = F1y + F2 y + F3y + F4 y
§2-3 平面汇交力系的合成与平衡——解析法
以此类推，可得：
FRx F1x + F2x + FRy F1y + F2 y +
n
+ Fnx Fix i 1
n
+ Fny Fiy i 1 ——合力投影定理
Fix 0 Fiy 0
平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：各力在两个 坐标轴上投影的代数和等于零。
例 题 2 已知：P，a
求：A、B处约束反力。
PC
2a
D
a
解： （1）取刚架为研究对象
A
B
（2）画受力图
FA
FB
（3）建立坐标系，列方程求解
y
Fx 0, P FA cos 0
Fy 0, FB FA sin 0
由图中的几何关系得
FB P tan 0.5P
FA
P2 FB2
5P 2
A
B
FB
FA
FB
P
§2-3 平面汇交力系的合成与平衡——解析法
Fy
1.力的投影与力的分解
y
j Oi
Fy
ABF源自FxFx力在坐标轴上的投影
Fx F cos
Fy
F
cos
F
sin
力沿坐标轴的分解
Fx Fxi, Fy Fy j F Fx Fy Fxi Fy j
y Fy
B
F
Fy
A
Fx
O
Fx
x
力学课件-平面汇交力系
tanθ=
RY = 426
RX
1030
=1115N
θ=22.50
=0.4136
3.3 平面汇交力系平衡的解析法
平面汇交力系平衡的解析条件
力系中各力两个坐标轴上投影代数和均为零。
R Rx2 Ry2 ( X )2 ( Y )2 0
平面汇交力系的平衡方程
X 0
Y 0
3.3 平面汇交力系平衡问题
MA = - 4×2×1 = -8 kN ·m MB = 4×2×1 = 8 kN ·m
例2
R
R
R1 R2
MA（q）=-R•d=-1/2×2×3×1=-3KN•m
MA（q）=-R•d=-4×3×1.5=-28KN•m MA（q）=MA（R1）+MA（R2）=-R1•d1-R2•d2
=-2×3×1.5-1/2×2×3×2 =-1.5KN•m
合力矩定理
平面汇交力系的合力对平面内任一点之矩 等于该力系中的各分力对该点之矩的代数和
MO(R)=MO(F1)+MO(F2)+… +MO(Fn） =∑MO（Fi）
例
MA（R）=MA（F1）+MA（F2） =F1•h/3-F2•b =Rcos300•h/3-Rsin300•b =146.4KN•M
堂上练习
试求F1 、F2、F3力的合力
Rx=∑X
= F1cos450+F2cos300 =(600×cos450+700×cos300)N
=1030N
பைடு நூலகம்RY=∑Y
=F1 sin450一F2sin30°一F3
=(600×sin450一700×sin300一500)N
=-426N
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BC1
2
FFP 12
FBA7.32k1NFBC2.73k2N
17
例2-5 已知 P=2kN 求SCD , RA
解: 1. 取AB杆为研究对象
2. 画AB的受力图
3. 列平衡方程
X0 R Aco sSCD co 40 s5 0
Y0 P R A si n S Cs D4 i0 n 5 0
4. 解方程 由EB=BC=0.4m，
11
2.2 平面汇交力系合成的解析法
2.2.1 力在直角坐标轴上的投影 y
F
Fx Fcos
Fy
b
a
Fy Fcos
x
O
Fx
12
2.2.2 合力投影定理
合力投影定理: 合矢量在某一轴上的投影等于各分矢 量在同一轴上投影的代数和。
FRxFix
FRyFiy
2.2.3 平面汇交力系合成的解析法
合力的大小为： F F2F2
5
c F3 d
2.1.2平面汇交力系平衡的几何条件 F2
F4 e
b
平衡条件 Fi 0
F1
FR
a
平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：
该力系的合力等于零。
在平衡的情形下，力多边形中最后一力的终 点与第一力的起点重合，此时的力多边形称为封 闭的力多边形。于是，平面汇交力系平衡的必要 与充分条件是：该力系的力多边形自行封闭，这 是平衡的几何条件。
9
解： 1.取碾子，画受力图. 用几何法，按比例画封闭力四边形
θarccRoh s30 R
FB sinθ F FA FB cosθ P
FA 11.4kN FB 10kN
10
2.碾子拉过障碍物， 应有 FA 0
用几何法解得 F P t a n θ = 1 1 . 5 5 k N
3.
解得
F P siθ n 1k 0N m in
FF2F2 17 .3N 1
R
Rx Ry
tanθFRy 112.30.869 FRx 129.3
θ 40.99
14
2.3 平面汇交力系的平衡方程及其应用
平衡条件 F R0
平衡方程
Fx 0
Fy 0
平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：各力在 作用面内两个坐标轴上投影的代数和等于零。上式称 为平面汇交力系的平衡方程。
6
例2-1 已知：AC=CB，F=10kN,各杆自重不计； 求：CD 杆及铰链A的受力.
7
解：CD为二力杆，取AB杆，画受力图. 用几何法，画封闭力三角形.
或
按比例量得
F 2.3 k 8,F N 2.4 2 kN
C
A
8
例2-2 已知： P=20kN，R=0.6m， h=0.08m 求： 1.水平拉力F=5kN时，碾子对地面及障碍物的压力？ 2.欲将碾子拉过障碍物，水平拉力F至少多大？ 3.力F沿什么方向拉动碾子最省力，及此时力F多大？？
解得： tgE AB B1 0..2 41 3
SCD si4n05cPo40 s5tg 4.2k 4N ； RASCDccoo4ss503.16k1N 8
进行受力分析及计算的注意事项：
➢分析物体受力时，只画受力物体，不画 约束。
➢不要多画力，也不要漏画力，尤其是题 目给出的已知条件（主动力）。
➢力的方向是不能改变，坐标系可以转动。 ➢二力杆：只受两个力的作用，力的作用
线沿两个力的作用点的连线方向。
➢物体受三力作用且平衡时，如果两个力 的方向已知，第三个力的方向可以确定。
19
第2章 平面汇交力系
1
2.1 平面汇交力系合成的几何法与 平衡的几何条件
2.1.1平面汇交力系合成的几何法
2
F R 1F 1F 2
3
FR2 FR1F3 Fi i1
n
FR Fi Fi i1
3
F1
F2
F3 A
F4
c F3F2b NhomakorabeaF1FR
a
d F4 e
a
d
F2
F4 e
c FR
F1
F3 b
R
Rx
Ry
tan FRy Fy
FRx
Fx
13
例2-3 已知：图示平面共点力系； 求：此力系的合力. 解：用解析法 F R x F i x F 1 c 3 o F 2 c 0 6 s o F 3 c 0 4 s o F 4 c 5 4 s o 1 . 5 3 N s 2
F R y F i y F 1 s 3 i F 2 s n 0 6 i F 3 s n 0 4 i F 4 s n 5 4 i 1 n 5 . 3 N 1
15
例2-4 已知：系统如图，不计杆、轮自重，忽略滑轮大小， P=20kN； 求：系统平衡时，杆AB,BC受力.
解：AB、BC杆为二力杆，
取滑轮B（或点B），画受力图. 建图示坐标系
16
Fx 0
Fy 0
F B A F 1c o s6 0 F 2c o s3 0 0
F F c3 o F 0 s c6 o 0 s
各力矢与合力矢构成的多边形称为力多边形。 用力多边形求合力的作图规则称为力的多边形法则。
4
结论：平面汇交力系可简化为一合力，其合力的大小 与方向等于各分力的矢量和(几何和)，合力的作用线 通过汇交点。 用矢量式表示为：
F R F 1 F 2 F n F
如果一力与某一力系等效，则此力称为该力系的合力。