土木工程力学基础1力的基本知识

按照力系中各力作用线空间位置分类： （1）汇交力系——各力作用线汇交于同一点的力系。 （2）平行力系——各力作用线相互平行的力系。 （3）一般力系——各力作用线既不完全交于一点也不完全 平行的力系。
等效力系——对物体作用效应相同的力系!称为等效力系。
二、静力学公理
公理一：二力平衡公理 作用于刚体上的两个力使刚体平衡的必要和充分条件是： 这两个力的大小相等、方向相反、作用线重合。 矢量表示法：F1=－F2；
[例] 吊灯
分析重物所受的约束反力
Hale Waihona Puke Baidu
三、约束与约束反力
2）光滑面约束 组成：由光滑接触面构成的约束。 约束特点：不论接触面是平面或曲面，都不能限制物体沿接触 面切线方向的运动，而只能限制物体沿着接触面的公法线指向 约束物体方向的运动。 约束反力方向：通过接触点，沿着接触面公法线方向，指向被 约束的物体。
四、受力图
作用在物体上的力有：
主动力：如重力，风力，气体压力等。 被动力：即约束力。 受力图——绘出受力体（被分析物体）受到的所有外力的示 意图，称为该受力体的受力图
画受力图步骤： 取分离体-----画出所分析物体的分离体 画主动力---画出该物体所受到的所有主动力 画约束力----根据约束的性质画出约束反力
磁铁吸引小铁钉
磁铁对铁钉施加了力
提问
请列举物体对物体的作用力的实例，并要求说 出哪个物体对哪个物体施加了力。
例如： （1）放在桌面上的书本，书本对桌面施加了压力； （2）站在地面上的人，地面对人施加了支持力； （3）在公路上行驶的汽车，地面对汽车施加了摩擦力； （4）教师手中的粉笔，地球对粉笔施加了重力。
二、静力学公理
公理四：作用与反作用公理 任何两个物体相互的作用力和反作用力总是大小 相等，方向相反，沿着同一条直线，分别作用在 这两个物体上。
人推墙，人反而会往后退
三、约束与约束反力
1.概念： 约束： 限制非自由体某些位移的周围物体称为约束。 约束力： 约束对被约束物体的作用叫约束力。 2.约束种类： 1）柔性约束（柔索） 组成：由柔性绳索、胶带或链条等柔性物体构成。 约束特点：只能受拉，不能受压。 约束反力方向：作用在接触点，方向沿着柔体的中心线背 离物体。
G
NB
例2.画出AB杆的受力图。杆重为G 。
NA G TC
NB
例3.三角支架各杆自重不计。已知受力如图所示， 试画出销B、AB杆、BC杆的受力图。 NAB
A
B NBA
NBC B
NAB
B P
三、约束与约束反力
6）可动铰支座——在固定铰支座的底座与固定物体之间安装 若干辊轴使其可作适当移动而不能离开支承面构成的支座。 约束反力垂直于支承面且通过铰链中心，但指向不定。
R
A
三、约束与约束反力
7）固定端约束——既限制构件任何相对的移动，又限制 构件任何相对的转动的约束。 固定端约束反力：一个方向待定的约束反力和一个转向待 定的约束反力偶。
一、力的概念
刚体——是指在外力的作用下不发生 变形（形状和尺寸均不改变）的物体 这是一个理想化的力学模型。 客观世 界中物体在受到外力作用时其变形是必然 发生的。
一、力的概念
2、力系和平衡的概念
力系——作用在物体上的一群力称为力系。 按照各力作用线分布分类： 平面力系——各力作用线在同一平面内的力系。 空间力系——各力作用线不在同一平面的力系。
《土木工程力学基础》
（少学时）
力的基本知识
本单元学习目标
一、能解释力、力的两种效应等概念
二、能叙述静力学的基本公理 三、会根据约束的类型确定约束反力 四、能画出单个物体的受力图
请思考：
用手推的小车在桌面上运动 用细线使放在桌上的钩码上升 用手压弹簧使弹簧形变 手对车施加了力 细线对钩码施加了力 手对弹簧施加了力
请分析：工地上的塔式起重机起重机工作 时要受到的多种力？
想一想
已知：冰面上放一物体受水平力F作用。 作用点在点A,力的大小300kN指向水平向右. 思考：如果保持该力大小和方向不变.作用线平行移动到B点。 问该力F对物体的作用效果是否改变?
一、力的概念
1、力与刚体的概念
力是物体之间的相互机械作用。 这种作用使物体 的运动状态发生变化（运动效应）或者使物体的形 状发生改变（变形效应） 外效应：使物体的运动状态发生改变； 内效应：使物体的形状发生改变 力是矢量 力的三要素：力的大小、方向、作用线 力的单位：牛[顿]（N）或千牛（kN） 分布力和集中力
三、约束与约束反力
4）链杆约束 两端用铰链与其他物体相连且中间不受力(自重忽略不计)的 直杆称为链杆,链杆的约束反力沿着链杆的轴线方向指向不定。
三、约束与约束反力
5）固定铰支座——用光滑圆柱铰链把结构或构件与基础或支 承物相连接而形成的支座。 约束反力通过铰链中心方向不定常用两个相互垂直的分 力表示。
例题1. 重量为G的均质杆AB，其B端靠在光滑铅垂墙的顶角 处，A端放在光滑的水平面上，在点D处用一水平绳 索拉住，试画出杆AB的受力图。
FA
G FD
FB
四.受力图
受力图——在研究对象上 标出其所受的全部主动力、 约束反力的图形。
TA
受力图的画法： 1.确定研究对象 2.单独画出物体的轮廓图 形 3.先画主动力 4.再画约束反力 5.检查
二、静力学公理
公理二：加减平衡力系公理
在一个刚体上加上或减去一个平衡力 系，不改变刚体的原状态。
力的可传性原理 作用于刚体的力可以沿其作用线滑移至刚 体的任意点，不改变原力对该刚体的作用效应
二、静力学公理
公理三：力的平行四边形公理 作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个力， 合力的作用点仍作用在这一点，合力的大小和方向由 这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线确定。 矢量表示法：FR=F1+F2
P P FN FN FNA FNB
三、约束与约束反力
3）圆柱铰链约束 组成：两物体分别钻有直径相同的圆柱形孔，用一圆柱形销钉 连接起来，在不计摩擦时，即构成光滑圆柱形铰链约束，简称 铰链约束。 约束特点：约束的本质为光滑接触面约束，因其接触点位置未 定，故只能确定铰链的约束反力为一通过销钉中心的大小和方 向均无法预先确定的未知力。通常此力就用两个大小未知的正 交分力来表示。