文档介绍：Part 1 静力学(Statics)
Chapter 1 静力学基础
§1-1 静力学基本概念
一、静力学的任务
研究物体在力的作用下平衡的规律及其应用。
平衡(equilibrium):运动状态不变称为平衡。严格地讲指相对于惯性参考系处于匀速运动或静止状态。一般所谓的平衡状态,是指相对于地面的平衡状态,特别指相对于地面的静止状态。
静力学静力分析受力分析,求平衡力强度、刚度
平衡满足一定的条件
动力学研究的基础
二、力和力系
1、力(force)
例子:推车、拉伸弹簧
力是物体间的相互作用,这种作用可以使物体的运动状态和形状发生变化——力的效应(effect)。力学只研究力的效应,而不追究其物理来源,事实证明,力的物理来源与力的效应无关。
我们约定,力使物体运动状态发生改变的效应称为运动效应或外效应(external effect),力使物体产生变形的效应称为变形效应或内效应(internal effect)。
力的大小、方向和作用点是表征力的全部性质的三要素。这三个要素决定了力的作用效果。——
作用点——力的作用位置的抽象。(实际上不是一个点)
通过力的作
直接接触场用点,按力
的方向画出
分布力集中力来的线——
可以代换为产生同样效作用线
果的一个力或几个力(刚体)。
方向:自由静止的质点受此力产生运动的方向(方位、指向)。
大小:作用的强弱,产生效果的大小。
国际标准:N、kN,工程制:kgf、tf。
矢量(vector)和标量(scalar quantity)。力是一种矢量,符合矢量的运算法则(定位矢)
自由矢量(free vector)?滑动矢量(sliding vector)?固定矢量(fixed vector)?
表示为有向线段,注以或F。
的意义:表示此力,矢量(大小、方向、作用点)。
仅表示此力的大小,
2、力系(system of forces)
同时作用于同一物体或物体系上的一群力,称为力系。
可分为平面力系、空间力系,也可细分为共点力系(system of forces applied at the same point)、汇交力系(system of concurrent forces)、平行力系(system of parallel forces)等等。
力对物体的作用效果取决于它的特征,不同特征的力或力系的作用效果不同。但经验告诉我们,两个不同组合的力系可能对物体产生相同的作用效果。这时,我们就说,这两个力系是等价的,彼此可以代替。
等效力系(equivalent force system):对物体产生同样力学效果的两个力系,互称等效力系。
在特殊情况下,一个力可以和一个力系等效,这个力就称为该力系的合力(resultant force / composite force)
对等效力系的严格定义将在今后给出。(涉及力系的主矢和主矩)
平衡力系(equilibrium force system)如果物体在一群力的共同作用下处于平衡状态,换言之,这一群力对物体的作用与不加任何力——零力系——等效,这一群力称为平衡力系。
显然,平衡力系各力间互成平衡,平衡力系中的任一力称为其它诸力的平衡力。
三、力学模型(mechanical model)
人们开始研究力学时,建立概念或者定律都是以对自然的直接观察和在生产、生活中的经验为依据的。之后,系统地组织科学实验逐渐成为科研的重要手段。从观察和实际中所得的感觉和经验上升为理性认识,必须抓住事物和现象的内部联系,这样,就必须在被观察的现象(往往是相当复杂的研究对象)中,抽出最重要的、带本质性的因素和特征,而撇开其余次要的、影响不大的东西,这就是科学研究中的抽象化方法(abstract)。
把作机械运动(或受力作用)的物体抽象化,人们提炼并建立了力学模型的概念。以下,是物体的一些力学模型:
1、刚体(rigid body)
受力或温度的变化都会导致物体变形。但如果研究的问题可以或者暂时可以不考虑物体的变形,即可以忽略力的内效应或者说撇开物体的变形性,我们建立起刚体的概念——在受力的情况下保持形状、大小不变的物体。(刚体静力学)
Ex1. 机床主轴(万分之二到万分之五)
轴承倾角
Ex2. 钢件受拉
(小于原长度的千分之一)
2、质点(particle)
当物体的运动范围比它本身的尺寸大得多的情况下,我们把物体当作只有质量而没有大小的所谓质点,——撇开了物体的广延性。
定义:具有一定质量的几何点称为质点。
·前进中的火车不同的角度有不同的抽象(