1工程力学静力学第一章 绪论 静力学的基本概念
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2011-3-24 33
第一部分 理论力学
(静力学)
2011-3-24
34
机械类
高等数学 理论力学 材料力学 机械原理 结构力学 机械零件 弹性力学 流体力学 土力学 其它专业课
静力学——研究力系的简化与平衡条件 研究力系的简化与平衡条件 静力学
土建类
为了研究上的方便
理论力学
2011-3-24
运动学 ——单纯从几何观点研究物体的运动学性质 动力学 ——研究作用于物体上的力与运动之间的关系
如果作用于物体上的两个力大小相等，方向相反，作用于 同一条直线上，则该二力平衡。 这两个力大小相等 | F1 | = | F2 | 方向相反 F1 = –F2 作用在同一条直线上。
2011-3-24 41
二力构件：作用力等值反向共线
例：求a、b两点所受的力。
解题思路： 1）寻找二力构件 2）依据三力平衡定理
力学可粗分为静力学、运动学和动力学三部分， 静力学、运动学和动力学 静力学 静力学研究力的平衡或物体的静止问题；运动学 只考虑物体怎样运动，不讨论它与所受力的关系； 动力学讨论物体运动和所受力的关系。 力学也可按所研究对象区分为固体力学、流体力 固体力学、 固体力学 学和一般力学三个分支，流体包括液体和气体； 学和一般力学 固体力学和流体力学可统称为连续介质力学，它 们通常都采用连续介质的模型。固体力学和流体 力学从力学分出后，余下的部分组成一般力学。
2011-3-24
6
力学是最古老的科学之一，它是社会生产和 科学实践长期发展的产物。人类对力学的一 些基本原理的认识，一直可以追溯到史前时 代。随着古代建筑技术的发展，简单机械的 应用，静力学逐渐发展完善。在中国古代及 古希腊的著作中，已有关于力学的叙述。但 在中世纪以前的建筑物是靠经验建造的。
2011-3-24
F
A F
千牛（顿）(kN)
2011-3-24 38
5.力系： 5.力系：是指作用在物体上的一组力。 力系 6.等效力系：两个效应相等的力系。 7.合力：一个力与一个力系等效，则该力称为力系的合力。
二.刚体
在力的作用下，不发生变形的物 体。——理想化模型，抽象化概念
N1 G N2
变形固体
2011-3-24
35
第一章 静力学的基本概念
2011-3-24
36
§1–1 §1–2 §1–3 §1–4
静力学基本概念 静力学公理 约束与约束反力 物体的受力分析及受力图
2011-3-24
37
§1-1 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 ．定义 力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物 力是物体间的相互机械作用 体的运动状态或使物体变形。 2. 力的效应： ①运动效应(外效应) ②变形效应(内效应)。 力的效应： 运动效应(外效应) 3. 力的三要素：大小，方向，作用点 力的三要素： 4.力的单位： 4.力的单位： 国际单位制：牛顿(N) 力的单位 F A
7
公元前5～前 4世纪，在 中国的《墨经》中已有关 于水力学的叙述。 古希腊的数学家阿基米德 （公元前 3世纪）提出了 杠杆平衡公式（限于平行 力）及重心公式，奠定了 静力学基础。 荷兰学者S.斯蒂文（16世 纪）解决了非平行力情况 下的杠杆问题，发现了力 的平行四边形法则。
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5
Mechanics在19世纪50年代作为研究力的作用的 学科名词传入中国时，译作“重学”，后来改译 作“力学”，一直使用至今。“力学的”和“机 械的” 在英语中同为Mechanical，而现代汉语中 “机械的”又可理解为“刻板的”。这种不同语 种中词义包容范围的差异，有时引起国际学术交 流中的周折。例如机械的(Mechanical)自然观， 其实指用力学解释自然的观点，而英语Mechanist 是指机械师，不是指力学家。
2011-3-24
30
材料力学的研究内容
在人们运用材料进行建筑、工业生产的过程中，需要对材 料的实际承受能力和内部变化进行研究，这就催生了材料 力学。 运用材料力学知识可以分析材料的强度、刚度和稳定性。 材料力学还用于机械设计使材料在相同的强度下可以减少 材料用量，优化机构设计，以达到降低成本、减轻重量等 目的。 在材料力学中，将研究对象被看作均匀、连续且具有各向 均匀、 均匀 同性的线性弹性物体。但在实际研究中不可能会有符合这 同性的 些条件的材料，所以须要各种理论与实际方法对材料进行 实验比较。 材料在机构中会受到拉伸、压缩、弯曲、扭转及其组合等 变形。根据胡克定律(Hooke's law)，在弹性限度内，物体 的应力与应变成线性关系。
Theoretical mechanics
Mechanics of materials
2011-3-24
29
理论力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。 理论力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。 是研究物体在力系作用下平衡规律的科学 理论力学主要研究：力系的简化和刚体的平衡条件。 理论力学主要研究：力系的简化和刚体的平衡条件。
39
三.平衡
物体保持其原来的静止或作匀速直线运动的状态。 平衡力系： 平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，称这个力 系为平衡力系。
四.静力学的研究内容 静力学的研究内容
作用在刚体上的力系的简化方法 刚体在力系作用下的平衡条件
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40
§1 - 2
静力学公理
公理：人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实 公理 践所验证，是无须证明而为人们所公认的命题。 公理1 公理1 二力平衡公理
F1
A
F1 B F2
C
D
F2
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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 刚体的作用效应。 刚体 推论1：力的可传性。 推论 ：力的可传性。 作用于刚体 刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一 刚体 点，而不改变对刚体的作用效应。
2011-3-24 31
工程力学在材料、 工程力学在材料、化工和化学等专业 课程体系中的地位
技术性专业基础课，讲述力学的基本 原理、方法与知识，在专业课和基础课之 间起到桥梁作用，为物体的机械运动分析 及强度、刚度和稳定性计算提供必要的理 论依据。
2011-3-24
32
工程力学的知识结构及重点
静力学：力系的简化与平衡
2011-3-24
4
力学在汉语中的意思是力的科学。汉语“力”字最 初表示的是手臂使劲，后来虽又含有他义，但都同 机械或运动没有直接联系。“力学”一词译自英语 mechanics(源于希腊语µηχανη──机械)。在英语 中，mechanics是一个多义词，既可释作“力学”， 也可释作“机械学”、“结构”等。在欧洲其他语 种中，此词的语源和语义都与英语相同。汉语中没 有同它对等的多义词。
2011-3-24
11
力学是物理学、天文学和许多工程学的基础，机械、建筑、 航天器和船舰等的合理设计都必须以经典力学为基本据。 机械运动是物质运动的最基本的形式。机械运动亦即力学 运动。 在力学理论的指导或支持下取得的工程技术成就不胜 枚举。最突出的有：
以人类登月、建立空间站、航天飞机等为代表的航天技术； 以速度超过5倍声速的军用飞机、起飞重量超过300t、尺寸 达大半个足球场的民航机为代表的航空技术；以单机功率达 百万千瓦的汽轮机组为代表的机械工业，可以在大风浪下安 全作业的单台价值超过10亿美元的海上采油平台；以排水量 达5×105t的超大型运输船和航速可达30多节、深潜达几百 米的潜艇为代表的船舶工业；可以安全运行的原子能反应堆； 在地震多发区建造高层建筑；正在陆上运输中起着越来越重 要作用的高速列车，等等，甚至如核弹引爆的核心技术，也 都是典型的力学问题。
三力平衡定理：如果一个物体受到三个互不平行的 共面力的作用而处于平衡状态，则这三个力的作用 线必然汇交于一点，三力矢量按首尾相连的顺序构 成一封闭三角形，或简称力三角形封闭。
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42
二力构件的实例1
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二力构件的实例2
在进行构件受力分析时，能正确判断其是否为二力构 件，可使问题顺利解决。这点很重要！
材料力学主要研究：构件的强度、刚度和稳定性。 材料力学主要研究：构件的强度、刚度和稳定性。 主要研究 注：（1）构件 组成机器、设备和结构物的基本元件 ：（ ）构件: 组成机器、 （2）强度：构件抵抗破坏的能力 ）强度： （3）刚度：构件抵抗变形的能力 刚度： （4）稳定性：构件保持其原有平衡状态的能力 稳定性：
理论力学
运动学：物体的机械运动 动力学 ：将力与运动有机结合起来
工程力学
材料力学
拉伸与压缩 、剪切、扭转、弯曲
工程力学的特点：理论性、系统性、 工程力学的特点：理论性、系统性、抽象性 工程力学的学习方法：理论与实践相结合 抓主要 工程力学的学习方法：理论与实践相结合—抓主要 矛盾与矛盾的主要方面——理想化模型 理想化模型 矛盾与矛盾的主要方面
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世界贸易中心 纽约洛克菲勒中心R.C.A.大厦
2011-3-24 16
澳大利亚 悉尼歌剧院
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17
联合国总部大厦
比萨斜塔
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Baidu Nhomakorabea
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工程力学
Engineering Mechanics
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绪 论
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力学是研究物质机械运动规律的科学。自 然界物质有多种层次，从宇观的宇宙体系， 宏观的天体和常规物体，细观的颗粒、纤 维、晶体，到微观的分子、原子、基本粒 子。通常理解的力学以研究天然的或人工 的宏观对象为主。但由于学科的互相渗透， 有时也涉及宇观或细观甚至微观各层次中 的对象以及有关的规律。
2011-3-24
10
纳维于1819年提出了关于梁的强度及挠度的完整 解法。1821年5月14日，纳维在巴黎科学院宣读 的论文《在一物体的表面及其内部各点均应成立 的平衡及运动的一般方程式》，这被认为是弹性 理论的创始。其后，1870年圣维南又发表了关于 塑性理论的论文水力学也是一门古老的学科。 物体流变学是研究较广义的力学运动的一个新学 科。早在中国春秋战国时期(公元前5～前4世纪)， 墨翟就在《墨经》中叙述过物体所受浮力与其排 开的液体体积之间的关系。欧拉提出了理想流体 的运动方程式。 1929年，美国的宾厄姆倡议设立 流变学学会，这门学科才受到了普遍的重视。
因此，对刚体 刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线 大小， 刚体 大小 方向，
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公理3 公理3
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 为一个合力，此合力也作用于该点，合力 的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成 的平行四边形的对角线来表示。 推论2： 推论 ：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。
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动力学的科学基础以及整个力学的奠定时期在17 世纪。意大利物理学家伽利略创立了惯性定律， 首次提出了加速度的概念。他应用了运动的合成 原理，与静力学中力的平行四边形法则相对应， 并把力学建立在科学实验的基础上。 英国物理学家牛顿推广了力的概念，引入了质量 的概念，总结出了机械运动的三定律(1687年)， 奠定了经典力学的基础。他发现的万有引力定律， 是天体力学的基础。以牛顿和德国人G.W.莱布尼 兹所发明的微积分为工具，瑞士数学家L.欧拉系 统地研究了质点动力学问题，并奠定了刚体力学 的基础。
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长江三峡工程
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海洋石 油钻井 平台
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工程力学是研究物体机械运动的一般规律和 工程力学是研究物体机械运动的一般规律和构件 物体机械运动的一般规律 的强度、刚度和稳定性的一门科学。 的强度、刚度和稳定性的一门科学。 工程力学包括理论力学和材料力学两部分 工程力学包括理论力学和材料力学两部分 理论力学
第一部分 理论力学
(静力学)
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机械类
高等数学 理论力学 材料力学 机械原理 结构力学 机械零件 弹性力学 流体力学 土力学 其它专业课
静力学——研究力系的简化与平衡条件 研究力系的简化与平衡条件 静力学
土建类
为了研究上的方便
理论力学
2011-3-24
运动学 ——单纯从几何观点研究物体的运动学性质 动力学 ——研究作用于物体上的力与运动之间的关系
如果作用于物体上的两个力大小相等，方向相反，作用于 同一条直线上，则该二力平衡。 这两个力大小相等 | F1 | = | F2 | 方向相反 F1 = –F2 作用在同一条直线上。
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二力构件：作用力等值反向共线
例：求a、b两点所受的力。
解题思路： 1）寻找二力构件 2）依据三力平衡定理
力学可粗分为静力学、运动学和动力学三部分， 静力学、运动学和动力学 静力学 静力学研究力的平衡或物体的静止问题；运动学 只考虑物体怎样运动，不讨论它与所受力的关系； 动力学讨论物体运动和所受力的关系。 力学也可按所研究对象区分为固体力学、流体力 固体力学、 固体力学 学和一般力学三个分支，流体包括液体和气体； 学和一般力学 固体力学和流体力学可统称为连续介质力学，它 们通常都采用连续介质的模型。固体力学和流体 力学从力学分出后，余下的部分组成一般力学。
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力学是最古老的科学之一，它是社会生产和 科学实践长期发展的产物。人类对力学的一 些基本原理的认识，一直可以追溯到史前时 代。随着古代建筑技术的发展，简单机械的 应用，静力学逐渐发展完善。在中国古代及 古希腊的著作中，已有关于力学的叙述。但 在中世纪以前的建筑物是靠经验建造的。
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A F
千牛（顿）(kN)
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5.力系： 5.力系：是指作用在物体上的一组力。 力系 6.等效力系：两个效应相等的力系。 7.合力：一个力与一个力系等效，则该力称为力系的合力。
二.刚体
在力的作用下，不发生变形的物 体。——理想化模型，抽象化概念
N1 G N2
变形固体
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第一章 静力学的基本概念
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§1–1 §1–2 §1–3 §1–4
静力学基本概念 静力学公理 约束与约束反力 物体的受力分析及受力图
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§1-1 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 ．定义 力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物 力是物体间的相互机械作用 体的运动状态或使物体变形。 2. 力的效应： ①运动效应(外效应) ②变形效应(内效应)。 力的效应： 运动效应(外效应) 3. 力的三要素：大小，方向，作用点 力的三要素： 4.力的单位： 4.力的单位： 国际单位制：牛顿(N) 力的单位 F A
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公元前5～前 4世纪，在 中国的《墨经》中已有关 于水力学的叙述。 古希腊的数学家阿基米德 （公元前 3世纪）提出了 杠杆平衡公式（限于平行 力）及重心公式，奠定了 静力学基础。 荷兰学者S.斯蒂文（16世 纪）解决了非平行力情况 下的杠杆问题，发现了力 的平行四边形法则。
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Mechanics在19世纪50年代作为研究力的作用的 学科名词传入中国时，译作“重学”，后来改译 作“力学”，一直使用至今。“力学的”和“机 械的” 在英语中同为Mechanical，而现代汉语中 “机械的”又可理解为“刻板的”。这种不同语 种中词义包容范围的差异，有时引起国际学术交 流中的周折。例如机械的(Mechanical)自然观， 其实指用力学解释自然的观点，而英语Mechanist 是指机械师，不是指力学家。
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30
材料力学的研究内容
在人们运用材料进行建筑、工业生产的过程中，需要对材 料的实际承受能力和内部变化进行研究，这就催生了材料 力学。 运用材料力学知识可以分析材料的强度、刚度和稳定性。 材料力学还用于机械设计使材料在相同的强度下可以减少 材料用量，优化机构设计，以达到降低成本、减轻重量等 目的。 在材料力学中，将研究对象被看作均匀、连续且具有各向 均匀、 均匀 同性的线性弹性物体。但在实际研究中不可能会有符合这 同性的 些条件的材料，所以须要各种理论与实际方法对材料进行 实验比较。 材料在机构中会受到拉伸、压缩、弯曲、扭转及其组合等 变形。根据胡克定律(Hooke's law)，在弹性限度内，物体 的应力与应变成线性关系。
Theoretical mechanics
Mechanics of materials
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理论力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。 理论力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。 是研究物体在力系作用下平衡规律的科学 理论力学主要研究：力系的简化和刚体的平衡条件。 理论力学主要研究：力系的简化和刚体的平衡条件。
39
三.平衡
物体保持其原来的静止或作匀速直线运动的状态。 平衡力系： 平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，称这个力 系为平衡力系。
四.静力学的研究内容 静力学的研究内容
作用在刚体上的力系的简化方法 刚体在力系作用下的平衡条件
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§1 - 2
静力学公理
公理：人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实 公理 践所验证，是无须证明而为人们所公认的命题。 公理1 公理1 二力平衡公理
F1
A
F1 B F2
C
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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 刚体的作用效应。 刚体 推论1：力的可传性。 推论 ：力的可传性。 作用于刚体 刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一 刚体 点，而不改变对刚体的作用效应。
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工程力学在材料、 工程力学在材料、化工和化学等专业 课程体系中的地位
技术性专业基础课，讲述力学的基本 原理、方法与知识，在专业课和基础课之 间起到桥梁作用，为物体的机械运动分析 及强度、刚度和稳定性计算提供必要的理 论依据。
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工程力学的知识结构及重点
静力学：力系的简化与平衡
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力学在汉语中的意思是力的科学。汉语“力”字最 初表示的是手臂使劲，后来虽又含有他义，但都同 机械或运动没有直接联系。“力学”一词译自英语 mechanics(源于希腊语µηχανη──机械)。在英语 中，mechanics是一个多义词，既可释作“力学”， 也可释作“机械学”、“结构”等。在欧洲其他语 种中，此词的语源和语义都与英语相同。汉语中没 有同它对等的多义词。
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力学是物理学、天文学和许多工程学的基础，机械、建筑、 航天器和船舰等的合理设计都必须以经典力学为基本据。 机械运动是物质运动的最基本的形式。机械运动亦即力学 运动。 在力学理论的指导或支持下取得的工程技术成就不胜 枚举。最突出的有：
以人类登月、建立空间站、航天飞机等为代表的航天技术； 以速度超过5倍声速的军用飞机、起飞重量超过300t、尺寸 达大半个足球场的民航机为代表的航空技术；以单机功率达 百万千瓦的汽轮机组为代表的机械工业，可以在大风浪下安 全作业的单台价值超过10亿美元的海上采油平台；以排水量 达5×105t的超大型运输船和航速可达30多节、深潜达几百 米的潜艇为代表的船舶工业；可以安全运行的原子能反应堆； 在地震多发区建造高层建筑；正在陆上运输中起着越来越重 要作用的高速列车，等等，甚至如核弹引爆的核心技术，也 都是典型的力学问题。
三力平衡定理：如果一个物体受到三个互不平行的 共面力的作用而处于平衡状态，则这三个力的作用 线必然汇交于一点，三力矢量按首尾相连的顺序构 成一封闭三角形，或简称力三角形封闭。
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二力构件的实例1
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二力构件的实例2
在进行构件受力分析时，能正确判断其是否为二力构 件，可使问题顺利解决。这点很重要！
材料力学主要研究：构件的强度、刚度和稳定性。 材料力学主要研究：构件的强度、刚度和稳定性。 主要研究 注：（1）构件 组成机器、设备和结构物的基本元件 ：（ ）构件: 组成机器、 （2）强度：构件抵抗破坏的能力 ）强度： （3）刚度：构件抵抗变形的能力 刚度： （4）稳定性：构件保持其原有平衡状态的能力 稳定性：
理论力学
运动学：物体的机械运动 动力学 ：将力与运动有机结合起来
工程力学
材料力学
拉伸与压缩 、剪切、扭转、弯曲
工程力学的特点：理论性、系统性、 工程力学的特点：理论性、系统性、抽象性 工程力学的学习方法：理论与实践相结合 抓主要 工程力学的学习方法：理论与实践相结合—抓主要 矛盾与矛盾的主要方面——理想化模型 理想化模型 矛盾与矛盾的主要方面
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世界贸易中心 纽约洛克菲勒中心R.C.A.大厦
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澳大利亚 悉尼歌剧院
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联合国总部大厦
比萨斜塔
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Baidu Nhomakorabea
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工程力学
Engineering Mechanics
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绪 论
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力学是研究物质机械运动规律的科学。自 然界物质有多种层次，从宇观的宇宙体系， 宏观的天体和常规物体，细观的颗粒、纤 维、晶体，到微观的分子、原子、基本粒 子。通常理解的力学以研究天然的或人工 的宏观对象为主。但由于学科的互相渗透， 有时也涉及宇观或细观甚至微观各层次中 的对象以及有关的规律。
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纳维于1819年提出了关于梁的强度及挠度的完整 解法。1821年5月14日，纳维在巴黎科学院宣读 的论文《在一物体的表面及其内部各点均应成立 的平衡及运动的一般方程式》，这被认为是弹性 理论的创始。其后，1870年圣维南又发表了关于 塑性理论的论文水力学也是一门古老的学科。 物体流变学是研究较广义的力学运动的一个新学 科。早在中国春秋战国时期(公元前5～前4世纪)， 墨翟就在《墨经》中叙述过物体所受浮力与其排 开的液体体积之间的关系。欧拉提出了理想流体 的运动方程式。 1929年，美国的宾厄姆倡议设立 流变学学会，这门学科才受到了普遍的重视。
因此，对刚体 刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线 大小， 刚体 大小 方向，
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公理3 公理3
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 为一个合力，此合力也作用于该点，合力 的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成 的平行四边形的对角线来表示。 推论2： 推论 ：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。
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动力学的科学基础以及整个力学的奠定时期在17 世纪。意大利物理学家伽利略创立了惯性定律， 首次提出了加速度的概念。他应用了运动的合成 原理，与静力学中力的平行四边形法则相对应， 并把力学建立在科学实验的基础上。 英国物理学家牛顿推广了力的概念，引入了质量 的概念，总结出了机械运动的三定律(1687年)， 奠定了经典力学的基础。他发现的万有引力定律， 是天体力学的基础。以牛顿和德国人G.W.莱布尼 兹所发明的微积分为工具，瑞士数学家L.欧拉系 统地研究了质点动力学问题，并奠定了刚体力学 的基础。
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海洋石 油钻井 平台
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