第一章力和力矩ppt课件

1、静力学是研讨物体在力系作用下平衡规律的科学。静力学是研讨物体在力系作用下平衡规律的科学。静力学主要研讨：静力学主要研讨： 力系的简化和力系的平衡条件及其运用。力系的简化和力系的平衡条件及其运用。 第一篇 静 力 学刚体刚体就是在力的作用下，大小和外形都不变的物体。就是在力的作用下，大小和外形都不变的物体。吊车梁简化为一刚性梁是指物体相对于惯性参考系坚持静止或作匀速直线运动的形状。 平衡平衡力系：是指作用在物体上的一组力。力系：是指作用在物体上的一组力。平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，平衡力系：物体在力系作用下处于平衡， 我们称这个力系为平衡力系。我们称这个力系为平衡力系。 假设作用于同一刚

2、体的两组不同力系能使该刚体的运假设作用于同一刚体的两组不同力系能使该刚体的运动形状产生完全一样的变化，那么称这两组力系互为等效动形状产生完全一样的变化，那么称这两组力系互为等效。 一个力系用其等效能系来替代，称为力系的等效交换。一个力系用其等效能系来替代，称为力系的等效交换。用一个简单力系等效交换一个复杂力系，称为力系的简化。用一个简单力系等效交换一个复杂力系，称为力系的简化。 假设力系与一个力等效，那么称后者为该力系的合力。假设力系与一个力等效，那么称后者为该力系的合力。平衡力系也可定义为简化结果为零的力系。平衡力系也可定义为简化结果为零的力系。静力学的五个公理静力学的五个公理1)二力平衡公

3、理；二力平衡公理； 2增减平衡力系公理；增减平衡力系公理；3力的平行四边形公理；力的平行四边形公理；4作用与反作用公理；作用与反作用公理；5刚化公理。刚化公理。力的单位：力的单位： 国际单位制：牛顿国际单位制：牛顿(N) (N) 千牛顿千牛顿(kN)(kN) 1.1 1.1 力的性力的性质质1定义：定义： 力是物体间的机械作用。力是物体间的机械作用。2. 力的效应：力的效应： 1运动效应运动效应(外效应外效应) 2变形效应变形效应(内效应内效应)。3. 力的三要素：大小，方向，作用点力的三要素：大小，方向，作用点F第一章第一章 力力 和和 力力 矩矩 二力平衡公理二力平衡公理作用于刚体上的两个

4、力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等| F1 | = | F2 | 方向相反、作用线共线， F1 = F2 作用于同一个物体上。 对刚体来说，上面的条件是充要的对刚体来说，上面的条件是充要的 二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。对变形体来说，上面的条件只是必要条件。二力杆AEG在自重不计的情况下可看成两力体。 在知力系上添加或减去恣意一个平衡力系，并不改动原力系对刚体的作用。推论：力的可传性原理推论：力的可传性原理 作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一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，而不改动该力对

5、刚体的效应。点，而不改动该力对刚体的效应。 增减平衡力系公理增减平衡力系公理 cosFFFFF2122212 )sin(FsinF 1801力的平行四边形公理力的平行四边形公理合力方向用正弦定理：合力计算用余弦定理 在同一作用点上作用的两个力，其合力的大小与方向由平行四边形的对角线来确定。作用和反作用公理作用和反作用公理 作用力与反作用力同时存在，大小相等、方向相反、沿同一作用线分别作用与不同的物体。作用力与反作用力 刚化公理刚化公理 变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成刚体刚化为刚体，那么平衡形状坚持不变。 刚化公理通知我们：刚化公理通知我们：处于平衡形状的变形处于平衡形状的变形

6、体，可用刚体静力学体，可用刚体静力学的平衡实际。的平衡实际。例1.1 在程度软绳的中心A点处悬挂一分量为W的物体图a 使绳子产生变形，相对程度线倾斜 角，求绳的拉力 和 拉力沿着拉直的绳方向。设 ， 计算拉力的大小。1F2F5,10NW解：根据刚化公理，绳的左右两边拉力 和 的合力应与重力 平衡，即1F2FW合力W0WFFWFF2121或那么 F1 ，F 2 和 W 必组成封锁的力三角形见图b，利用几何关系导出21FFsin2WF 代入 ， 算出 ， 约为重力的6倍。5,10NWNF4 .57讨论讨论1 人重150斤，绳的最大拉力为170斤，绳长11米，不可伸长。人能不能用手攀绳到对面？10米

7、21FFsin2WF 06224910555.cos180622420.sinWF假设研讨人运动到绳的中间位置W 重5顿的钢梁，钢索的最大拉力为10顿，绳与梁的夹角为150，吊车能不能吊起钢梁？讨论讨论2150150W如再思索起吊加速度？21FFsin2WF 222zyxFFFF 1.2 力矢量的坐标表示kjiFzyxFFFiF,iFcosFFxjF,jFcosFFykF,kFcosFFk一次投影法一次投影法 cos,cos,cosFFFFFFzyxcoscoscoscossinFFFFxyxsincosFFFFxyysinsin sinsinFFFzcos当力与各轴正向夹角不易确定时，可先将

8、 F 投影到 xy面上，然后再投影到 x、y 轴上，二次投影法二次投影法CG杆的受力杆的受力求CG杆的受力在x, y 轴方向的大小。 在空间中，力对点的矩是矢量。1.3 1.3 力对点的矩力对点的矩 力对点的矩等于矩心到该力作用点的矢径与该力的矢量积。FrFMO )(hFFrFrFMO ),sin()(kjirzyxkyxFFFzyxkjiFr(F)MOk)(j)(i )(xyzxyzyFxFxFzFzFyFkjiFzyxFFF例：在边长L = 0.5 m的正立方体中，知力F = 100 N， 作用于A1ACC1面内，作用点为C1。求力F 对点O的力矩。N5045cos45cos FFxN50

9、45sin45cos FFyN25045sinFFz 解：先计算 F 沿Oxyz各轴的投影， 得到 mN460110.CyCzxzFyFFM mN25110CzCxyxFzFFM mN25110CxCyzyFxFFMkji.M2525460o再计算 F 对各轴的力矩，得到 例1.2 镗刀杆的刀头P点处受切削力F作用如图示, F 的大小为500 N，与Oxy z各轴的夹角分别为108，81和165，作用点P 位于Oxy 坐标面内，与y 轴和x 轴的间隔分别为7.5mm和200mm，求力F 对刀杆根部点O的力矩。 解：先计算 F 沿Oxyz各轴的投影，得到 N5 .154108cos)N500(x

10、FN2 .7881cos)N500(yFN0 .483165cos)N500(zF 将上式和x =7.5mm，y =200mm，z = 0代入式1.3.2，算出 mN6 .96)N0 .483()m2 . 0(oxMmN6 . 3)N0 .483()m0075. 0(oyMmN5 .31)N5 .154()m2 . 0()N2 .78()m0075. 0(ozM也可以利用矩阵式1.3.4计算，得到 mN5 .316 . 36 .96N0 .4832 .785 .154m00075. 02 . 00075. 0002 . 000ozoyoxMMM1.4 1.4 力对轴的矩力对轴的矩k)F(r(F

11、)xyxyzMjiryxxyjiFyxxyFF xyZyFxFFM例 1.3 槽形架在点O用螺栓固定，在点A处受倾斜角为 的力F 作用，尺寸如图示。求力F 对危险截面O处垂直于力作用平面的Oz轴的力矩。解：以O为原点作参考系Oxyz，作矢径r =OA， 写出F 和 r 的投影式：jirhbajiFsinCOSF代入式1.3.1计算对点O的矩，得到Fr)F(M000hbaFsincoskjiksin)ba(coshF那么F 对Oz轴的矩为)F(Mzsin)ba(coshF例例 力力F F 沿边长为沿边长为a,b,c a,b,c 的长方体的一棱边作用的长方体的一棱边作用 如图示。试计算对于长方体对角线如图示。试计算对于长方体对角线OCOC之矩。之矩。 解：根据知条件， kFF设对角线OC的单位矢量为e，那么有kiODrca 222cbacba/ )(kjieeFreFMF)()(0OCM222cbaFab/)F(M)F(MzzO 力对点的矩与力对经过该点的轴之矩的关系力对点的矩与力对经过该点的轴之矩的关系k)Fr(M)F(Mozz 知F =2000N, C点在 Oxy 平面内求：力F 对三个坐标轴的矩。45FsinFz 解：先计算 F 沿Oxyz各轴的投影，得到 45FcosFxy60cos45