静力学公理和物体的受力分析课件.

1、研究物体作机械运动的特殊情况研究物体作机械运动的特殊情况: :处于处于 平衡状态平衡状态 时的物体上所受的时的物体上所受的 力力 物体相对于惯性参考系保持静止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或作匀速直线运动的状态。物体的受力分析物体的受力分析力系的简化力系的简化力系的平衡条件力系的平衡条件静力学公理静力学公理约束和约束力约束和约束力物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图一、力的概念一、力的概念1-1 1-1 静力学公理静力学公理1 1、定义：、定义：力是物体间相互的机械作用。力是物体间相互的机械作用。2 2、力的效应：、力的效应：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) ) 力的单位，采用国际单位时为：力的单位，采用国际单位时为：2/smkg或或 牛顿牛顿（N）以及千牛以及千牛（KN）3 3、力的三要素：、力的三要素：大小、方向、作用点大小、方向、作用点AF 4 4、力的表示：、力的表示：A 图形表示图形表示B 符号表示符号表示AFFFF矢量矢量大小大小l 集中力集中力l 分布力分布力1F2F1F2Fq5 5、力的分类：、力的分类：l 分布力偶分布力偶l 集中力偶集中力偶FFFdm 力系：力系：作用在物体上的一群力。作用在物体上的一群力。平衡力系：平衡力系：物体在力系作用下处于平衡状态。物体在力系作用下处于平衡状态。6

3、6、力系的概念：、力系的概念：7 7、力系的分类：、力系的分类：平面力系、空间力系平面力系、空间力系 平面力系：各力作用线均在同一平面内。平面力系：各力作用线均在同一平面内。a a、平面汇交力系、平面汇交力系起重机的挂钩起重机的挂钩b b、平面平行力系、平面平行力系c c、平面力偶系、平面力偶系ABCMaaaMd d、平面任意力系、平面任意力系ABCF1F2P1P2 空间力系：力的作用线分布于三维空间。空间力系：力的作用线分布于三维空间。空间任意力系空间任意力系空间平行力系空间平行力系空间汇交力系空间汇交力系空间力偶系空间力偶系二、刚体的概念二、刚体的概念在力的作用下，大小和形状都不变的物体。

4、在力的作用下，大小和形状都不变的物体。FF刚体刚体FFFFFF变形体变形体作用于物体上作用于物体上同一点同一点的两个力可合成为一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。的对角线来表示。21FFFR三、静力学基本公理三、静力学基本公理公理公理1 1：力的平行四边形法则力的平行四边形法则2F三角形法则：三角形法则：21FFFR 将将各各分力首尾相连，分力首尾相连，然后从起点然后从起点 终点，终点，得到合力。得到合力。1FRF1F1F2F2FRFR

5、F 作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的充作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的充要条件是：这两个力要条件是：这两个力大小相等大小相等 、方向相反、方向相反 、作用线共线、作用于同一个刚体作用线共线、作用于同一个刚体上。上。公理公理2 2：二力平衡条件二力平衡条件二力体：只在两个力作用下平衡的刚体。二力体：只在两个力作用下平衡的刚体。对于变形体（或多体），只是必要条件。对于变形体（或多体），只是必要条件。二力杆二力杆说明：说明：对于刚体，是充要条件；对于刚体，是充要条件； 力可以力可以在刚体上沿其作用线在刚体上沿其作用线移至任意一点而不移至任意一点而不改变它对刚体的作用效应。改变它对刚体的作用效应。

6、公理公理3 3：加减平衡力系公理加减平衡力系公理 在作用于刚体的任意力系上，加上或减去任一在作用于刚体的任意力系上，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。推论推论1 1：力的可传性力的可传性（作用在（作用在刚体刚体上的）上的）力的三要素可以叙述为：力的三要素可以叙述为：大小、方向、作用线大小、方向、作用线 刚体受三力作用而平衡，若其中两力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。汇交于同一点，且三力的作用线共面。 推论推论2 2：三力平衡汇

7、交定理三力平衡汇交定理 当知道刚体只作用三个力时，可根据已知的当知道刚体只作用三个力时，可根据已知的两个力，确定第三个力的方向。两个力，确定第三个力的方向。公理公理4 4：作用力和反作用力定律作用力和反作用力定律 作用力与反作用力总是等值、反向、共线、作用力与反作用力总是等值、反向、共线、作用在相互作用的作用在相互作用的两个物体两个物体上。上。 例例 吊灯吊灯 在画物体受力图以及整个静力学的分析在画物体受力图以及整个静力学的分析计算中要注意此公理的应用。计算中要注意此公理的应用。刚体（受压平衡）刚体（受压平衡） 变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变

8、形体变成刚体（刚化为刚体），其平衡状态保持不变。体变成刚体（刚化为刚体），其平衡状态保持不变。 处于平衡状态的变处于平衡状态的变形体，可用刚体静力学形体，可用刚体静力学的平衡理论。的平衡理论。公理公理5 5：刚化原理刚化原理柔性体（受压不能平衡）柔性体（受压不能平衡）约束力：约束力：约束对被约束物体的作用力。约束对被约束物体的作用力。 一、概念一、概念自由体：自由体：位移不受限制的物体。位移不受限制的物体。 非自由体：非自由体：位移受限制的物体。位移受限制的物体。约束：约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件。对非自由体的某些位移预先施加的限制条件。1-21-2 约束与约束力约束与约束力大

9、小常常是未知的；大小常常是未知的；方向方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；总是与约束限制的物体的位移方向相反；作用点在物体与约束相作用点在物体与约束相接触接触的那一点。的那一点。约束力特点：约束力特点：GN1N2二、常见的理想约束及其约束力的简化二、常见的理想约束及其约束力的简化 绳索类绳索类只能受拉只能受拉，所以它们的约束力是，所以它们的约束力是作用在接触点作用在接触点，方向，方向沿绳索背离物体沿绳索背离物体。1 1、柔性约束：、柔性约束：由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束PPT胶带约束力沿轮缘的切线方向胶带约束力沿轮缘的切线方向背离背离皮带轮，即为拉力

10、。皮带轮，即为拉力。2 2、光滑接触面的约束、光滑接触面的约束 ( (光滑指摩擦不计光滑指摩擦不计) )约束特征：约束特征：限制法向位移，不限制切向位移限制法向位移，不限制切向位移约束力特征：约束力特征：作用在接触点处，方向沿公法线，作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体。（若为尖点和面的接触，则沿指向受力物体。（若为尖点和面的接触，则沿该面的法线方向）该面的法线方向）尖点问题尖点问题3 3、光滑铰链约束、光滑铰链约束中间铰（光滑圆柱铰链）中间铰（光滑圆柱铰链）固定铰支座固定铰支座可动铰支座可动铰支座 中间铰中间铰（光滑圆柱铰链）（光滑圆柱铰链）RFO圆柱销约束力的分析圆柱销约束力的分析y

11、RFxRF销钉销钉销钉孔销钉孔AXAYAAnxFnyF固定铰支座固定铰支座nF活动铰支座（辊轴支座）活动铰支座（辊轴支座）F的方向一般指向被约束物体，有时也可以相反。的方向一般指向被约束物体，有时也可以相反。固定铰、可动铰实例固定铰、可动铰实例三铰拱三铰拱条件：处于平衡条件：处于平衡, ,两端为铰链两端为铰链 只有两个力作用只有两个力作用结论：两个力方向沿两个力作用点的连线结论：两个力方向沿两个力作用点的连线二力杆二力杆不是二力杆不是二力杆注意：二力杆可以是曲杆，注意此时力的方向。注意：二力杆可以是曲杆，注意此时力的方向。4 4、轴承约束、轴承约束向心（径向）轴承向心（径向）轴承止推轴承止推轴

12、承FxFyFxFz向心轴承向心轴承止推轴承止推轴承5 5、球铰链、球铰链一、作用在物体上的力一、作用在物体上的力 二、受力分析过程与方法二、受力分析过程与方法1 1、确定研究对象；、确定研究对象；2 2、取分离体；、取分离体；3 3、根据约束性质确定约束力；根据约束性质确定约束力；4 4、画受力图。画受力图。1-31-3 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图主动力：主动力：如重力、风力、气体压力等如重力、风力、气体压力等。被动力：被动力：约束反力约束反力。三、受力分析的依据三、受力分析的依据1 1、约束性质；、约束性质；2 2、作用力与反作用力原理；、作用力与反作用力原理；3 3、三力

13、平衡汇交原理；、三力平衡汇交原理；4 4、二力杆。、二力杆。 用力用力F 拉动碾子以轧平路面拉动碾子以轧平路面, ,重为重为G 的碾子受的碾子受到一石块的阻碍，如图所示。试画出碾子的受力图。到一石块的阻碍，如图所示。试画出碾子的受力图。注意：注意：1、可动铰受力沿支撑面法向，不一定竖直向上；、可动铰受力沿支撑面法向，不一定竖直向上；2、固定铰可用三力汇交原理标出其作用线，、固定铰可用三力汇交原理标出其作用线，也可直接画成两个力，后一种画法更常用。也可直接画成两个力，后一种画法更常用。ABCFBFAyFAxFABCFBFABCFAF注意：注意：1 1、中间铰的受力分析；、中间铰的受力分析；2 2

14、、作用力与反作用力原理的应用。、作用力与反作用力原理的应用。ABCFDACDAyFAxFDFBCFCyFCxFCyFCxFBF画受力图应注意的问题画受力图应注意的问题4 4、不要漏画力、不要漏画力, ,不要多画力；不要多画力；1 1、首先观察二力杆；、首先观察二力杆；2 2、固定铰、中间铰原则上画两个力，但、固定铰、中间铰原则上画两个力，但若已判断二力杆，则应按二力杆方向画成若已判断二力杆，则应按二力杆方向画成一个力；一个力；3 3、约束力可以假定方向，即使不满足平衡关、约束力可以假定方向，即使不满足平衡关系也可以；作用力和反作用力一定要反向；系也可以；作用力和反作用力一定要反向； 6 6、受

15、力图上只画外力，不画内力；、受力图上只画外力，不画内力； 7 7 、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相互协调，不能相互矛盾。相同的力应采用一致，相互协调，不能相互矛盾。相同的力应采用相同的符号相同的符号, ,不同的力必须予以符号区分；不同的力必须予以符号区分；5 5、受力图上不能再带约束；、受力图上不能再带约束；8 8、杆不能折断。、杆不能折断。受受 如图所示，水平梁如图所示，水平梁AB用斜用斜杠支撑，杠支撑，A ，C ，D三处均为光三处均为光滑铰链连接。匀质梁重滑铰链连接。匀质梁重G1 ，其其上放一重为上放一重为G2 的电动机。如不的电

16、动机。如不计杆计杆CD的自重，试分别画出杆的自重，试分别画出杆CD和梁和梁AB（包括电机）的受力包括电机）的受力图。图。复杂铰的问题复杂铰的问题概念：概念： 销钉连接三个以上的构件（或连接两个构件，销钉连接三个以上的构件（或连接两个构件，但销钉还受其他外力作用）。但销钉还受其他外力作用）。关键点：关键点： 认为所有构件都只与销钉发生作用，外力认为所有构件都只与销钉发生作用，外力无特别说明也认为作用在销钉上。无特别说明也认为作用在销钉上。注意：注意：1 1、研究对象要明确；、研究对象要明确；2 2、施力物体要明确；、施力物体要明确；3 3、可以把销钉带在一个构件上，也可以、可以把销钉带在一个构件

17、上，也可以脱开销钉来分析。脱开销钉来分析。ABCFBCFCFB画出下列各构件的受力图画出下列各构件的受力图 ( (外力作用于外力作用于AC时应如何考虑时应如何考虑) ) 销钉受力情况如何？销钉受力情况如何？ACFAyFFCFAxABCFFBFAyFAxFC1FC2CABCFBCFCBFBABCFFBFAACFAFCACFFCAFCB画出下列各构件的受力图画出下列各构件的受力图 ( (外力作用于铰链外力作用于铰链( (销钉）时应如何考虑销钉）时应如何考虑) ) 销钉受力是否大小相等，方向相反？销钉受力是否大小相等，方向相反？3060306030603060 如图所示平面构架，由杆如图所示平面构架，由杆AB ，