靜力學(xué)公理和物體的受力分析課件.

1、研究物體作機(jī)械運(yùn)動(dòng)的特殊情況研究物體作機(jī)械運(yùn)動(dòng)的特殊情況: :處于處于 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài) 時(shí)的物體上所受的時(shí)的物體上所受的 力力 物體相對(duì)于慣性參考系保持靜止物體相對(duì)于慣性參考系保持靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。物體的受力分析物體的受力分析力系的簡(jiǎn)化力系的簡(jiǎn)化力系的平衡條件力系的平衡條件靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理約束和約束力約束和約束力物體的受力分析和受力圖物體的受力分析和受力圖一、力的概念一、力的概念1-1 1-1 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理1 1、定義：、定義：力是物體間相互的機(jī)械作用。力是物體間相互的機(jī)械作用。2 2、力的效應(yīng)：、力的效應(yīng)：運(yùn)動(dòng)效應(yīng)運(yùn)動(dòng)效應(yīng)( (外效應(yīng)外效應(yīng)) )

2、 變形效應(yīng)變形效應(yīng)( (內(nèi)效應(yīng)內(nèi)效應(yīng)) ) 力的單位，采用國(guó)際單位時(shí)為：力的單位，采用國(guó)際單位時(shí)為：2/smkg或或 牛頓牛頓（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、作用點(diǎn)大小、方向、作用點(diǎn)AF 4 4、力的表示：、力的表示：A 圖形表示圖形表示B 符號(hào)表示符號(hào)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、力的分類：、力的分類：l 分布力偶分布力偶l 集中力偶集中力偶FFFdm 力系：力系：作用在物體上的一群力。作用在物體上的一群力。平衡力系：平衡力系：物體在力系作用下處于平衡狀態(tài)。物體在力系作用下處于平衡狀態(tài)。6

3、6、力系的概念：、力系的概念：7 7、力系的分類：、力系的分類：平面力系、空間力系平面力系、空間力系 平面力系：各力作用線均在同一平面內(nèi)。平面力系：各力作用線均在同一平面內(nèi)。a a、平面匯交力系、平面匯交力系起重機(jī)的掛鉤起重機(jī)的掛鉤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A(chǔ)BCMaaaMd d、平面任意力系、平面任意力系A(chǔ)BCF1F2P1P2 空間力系：力的作用線分布于三維空間?？臻g力系：力的作用線分布于三維空間?？臻g任意力系空間任意力系空間平行力系空間平行力系空間匯交力系空間匯交力系空間力偶系空間力偶系二、剛體的概念二、剛體的概念在力的作用下，大小和形狀都不變的物體。

4、在力的作用下，大小和形狀都不變的物體。FF剛體剛體FFFFFF變形體變形體作用于物體上作用于物體上同一點(diǎn)同一點(diǎn)的兩個(gè)力可合成為一的兩個(gè)力可合成為一個(gè)合力，此合力也作用于該點(diǎn)，合力的大小和個(gè)合力，此合力也作用于該點(diǎn)，合力的大小和方向由以原兩力矢為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形方向由以原兩力矢為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線來表示。的對(duì)角線來表示。21FFFR三、靜力學(xué)基本公理三、靜力學(xué)基本公理公理公理1 1：力的平行四邊形法則力的平行四邊形法則2F三角形法則：三角形法則：21FFFR 將將各各分力首尾相連，分力首尾相連，然后從起點(diǎn)然后從起點(diǎn) 終點(diǎn)，終點(diǎn)，得到合力。得到合力。1FRF1F1F2F2FRFR

5、F 作用于剛體上的兩個(gè)力，使剛體平衡的充作用于剛體上的兩個(gè)力，使剛體平衡的充要條件是：這兩個(gè)力要條件是：這兩個(gè)力大小相等大小相等 、方向相反、方向相反 、作用線共線、作用于同一個(gè)剛體作用線共線、作用于同一個(gè)剛體上。上。公理公理2 2：二力平衡條件二力平衡條件二力體：只在兩個(gè)力作用下平衡的剛體。二力體：只在兩個(gè)力作用下平衡的剛體。對(duì)于變形體（或多體），只是必要條件。對(duì)于變形體（或多體），只是必要條件。二力桿二力桿說明：說明：對(duì)于剛體，是充要條件；對(duì)于剛體，是充要條件； 力可以力可以在剛體上沿其作用線在剛體上沿其作用線移至任意一點(diǎn)而不移至任意一點(diǎn)而不改變它對(duì)剛體的作用效應(yīng)。改變它對(duì)剛體的作用效應(yīng)。

6、公理公理3 3：加減平衡力系公理加減平衡力系公理 在作用于剛體的任意力系上，加上或減去任一在作用于剛體的任意力系上，加上或減去任一平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效應(yīng)。平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效應(yīng)。推論推論1 1：力的可傳性力的可傳性（作用在（作用在剛體剛體上的）上的）力的三要素可以敘述為：力的三要素可以敘述為：大小、方向、作用線大小、方向、作用線 剛體受三力作用而平衡，若其中兩力剛體受三力作用而平衡，若其中兩力作用線匯交于一點(diǎn)，則另一力的作用線必作用線匯交于一點(diǎn)，則另一力的作用線必匯交于同一點(diǎn)，且三力的作用線共面。匯交于同一點(diǎn)，且三力的作用線共面。 推論推論2 2：三力平衡匯

7、交定理三力平衡匯交定理 當(dāng)知道剛體只作用三個(gè)力時(shí)，可根據(jù)已知的當(dāng)知道剛體只作用三個(gè)力時(shí)，可根據(jù)已知的兩個(gè)力，確定第三個(gè)力的方向。兩個(gè)力，確定第三個(gè)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 作用力與反作用力總是等值、反向、共線、作用力與反作用力總是等值、反向、共線、作用在相互作用的作用在相互作用的兩個(gè)物體兩個(gè)物體上。上。 例例 吊燈吊燈 在畫物體受力圖以及整個(gè)靜力學(xué)的分析在畫物體受力圖以及整個(gè)靜力學(xué)的分析計(jì)算中要注意此公理的應(yīng)用。計(jì)算中要注意此公理的應(yīng)用。剛體（受壓平衡）剛體（受壓平衡） 變形體在某一力系作用下處于平衡，如將此變形變形體在某一力系作用下處于平衡，如將此變

8、形體變成剛體（剛化為剛體），其平衡狀態(tài)保持不變。體變成剛體（剛化為剛體），其平衡狀態(tài)保持不變。 處于平衡狀態(tài)的變處于平衡狀態(tài)的變形體，可用剛體靜力學(xué)形體，可用剛體靜力學(xué)的平衡理論。的平衡理論。公理公理5 5：剛化原理剛化原理柔性體（受壓不能平衡）柔性體（受壓不能平衡）約束力：約束力：約束對(duì)被約束物體的作用力。約束對(duì)被約束物體的作用力。 一、概念一、概念自由體：自由體：位移不受限制的物體。位移不受限制的物體。 非自由體：非自由體：位移受限制的物體。位移受限制的物體。約束：約束：對(duì)非自由體的某些位移預(yù)先施加的限制條件。對(duì)非自由體的某些位移預(yù)先施加的限制條件。1-21-2 約束與約束力約束與約束力大

9、小常常是未知的；大小常常是未知的；方向方向總是與約束限制的物體的位移方向相反；總是與約束限制的物體的位移方向相反；作用點(diǎn)在物體與約束相作用點(diǎn)在物體與約束相接觸接觸的那一點(diǎn)。的那一點(diǎn)。約束力特點(diǎn)：約束力特點(diǎn)：GN1N2二、常見的理想約束及其約束力的簡(jiǎn)化二、常見的理想約束及其約束力的簡(jiǎn)化 繩索類繩索類只能受拉只能受拉，所以它們的約束力是，所以它們的約束力是作用在接觸點(diǎn)作用在接觸點(diǎn)，方向，方向沿繩索背離物體沿繩索背離物體。1 1、柔性約束：、柔性約束：由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構(gòu)成的約束由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構(gòu)成的約束PPT膠帶約束力沿輪緣的切線方向膠帶約束力沿輪緣的切線方向背離背離皮帶輪，即為拉力

10、。皮帶輪，即為拉力。2 2、光滑接觸面的約束、光滑接觸面的約束 ( (光滑指摩擦不計(jì)光滑指摩擦不計(jì)) )約束特征：約束特征：限制法向位移，不限制切向位移限制法向位移，不限制切向位移約束力特征：約束力特征：作用在接觸點(diǎn)處，方向沿公法線，作用在接觸點(diǎn)處，方向沿公法線，指向受力物體。（若為尖點(diǎn)和面的接觸，則沿指向受力物體。（若為尖點(diǎn)和面的接觸，則沿該面的法線方向）該面的法線方向）尖點(diǎn)問題尖點(diǎn)問題3 3、光滑鉸鏈約束、光滑鉸鏈約束中間鉸（光滑圓柱鉸鏈）中間鉸（光滑圓柱鉸鏈）固定鉸支座固定鉸支座可動(dòng)鉸支座可動(dòng)鉸支座 中間鉸中間鉸（光滑圓柱鉸鏈）（光滑圓柱鉸鏈）RFO圓柱銷約束力的分析圓柱銷約束力的分析y

11、RFxRF銷釘銷釘銷釘孔銷釘孔AXAYAAnxFnyF固定鉸支座固定鉸支座nF活動(dòng)鉸支座（輥軸支座）活動(dòng)鉸支座（輥軸支座）F的方向一般指向被約束物體，有時(shí)也可以相反。的方向一般指向被約束物體，有時(shí)也可以相反。固定鉸、可動(dòng)鉸實(shí)例固定鉸、可動(dòng)鉸實(shí)例三鉸拱三鉸拱條件：處于平衡條件：處于平衡, ,兩端為鉸鏈兩端為鉸鏈 只有兩個(gè)力作用只有兩個(gè)力作用結(jié)論：兩個(gè)力方向沿兩個(gè)力作用點(diǎn)的連線結(jié)論：兩個(gè)力方向沿兩個(gè)力作用點(diǎn)的連線二力桿二力桿不是二力桿不是二力桿注意：二力桿可以是曲桿，注意此時(shí)力的方向。注意：二力桿可以是曲桿，注意此時(shí)力的方向。4 4、軸承約束、軸承約束向心（徑向）軸承向心（徑向）軸承止推軸承止推軸

12、承FxFyFxFz向心軸承向心軸承止推軸承止推軸承5 5、球鉸鏈、球鉸鏈一、作用在物體上的力一、作用在物體上的力 二、受力分析過程與方法二、受力分析過程與方法1 1、確定研究對(duì)象；、確定研究對(duì)象；2 2、取分離體；、取分離體；3 3、根據(jù)約束性質(zhì)確定約束力；根據(jù)約束性質(zhì)確定約束力；4 4、畫受力圖。畫受力圖。1-31-3 物體的受力分析和受力圖物體的受力分析和受力圖主動(dòng)力：主動(dòng)力：如重力、風(fēng)力、氣體壓力等如重力、風(fēng)力、氣體壓力等。被動(dòng)力：被動(dòng)力：約束反力約束反力。三、受力分析的依據(jù)三、受力分析的依據(jù)1 1、約束性質(zhì)；、約束性質(zhì)；2 2、作用力與反作用力原理；、作用力與反作用力原理；3 3、三力

13、平衡匯交原理；、三力平衡匯交原理；4 4、二力桿。、二力桿。 用力用力F 拉動(dòng)碾子以軋平路面拉動(dòng)碾子以軋平路面, ,重為重為G 的碾子受的碾子受到一石塊的阻礙，如圖所示。試畫出碾子的受力圖。到一石塊的阻礙，如圖所示。試畫出碾子的受力圖。注意：注意：1、可動(dòng)鉸受力沿支撐面法向，不一定豎直向上；、可動(dòng)鉸受力沿支撐面法向，不一定豎直向上；2、固定鉸可用三力匯交原理標(biāo)出其作用線，、固定鉸可用三力匯交原理標(biāo)出其作用線，也可直接畫成兩個(gè)力，后一種畫法更常用。也可直接畫成兩個(gè)力，后一種畫法更常用。ABCFBFAyFAxFABCFBFABCFAF注意：注意：1 1、中間鉸的受力分析；、中間鉸的受力分析；2 2

14、、作用力與反作用力原理的應(yīng)用。、作用力與反作用力原理的應(yīng)用。ABCFDACDAyFAxFDFBCFCyFCxFCyFCxFBF畫受力圖應(yīng)注意的問題畫受力圖應(yīng)注意的問題4 4、不要漏畫力、不要漏畫力, ,不要多畫力；不要多畫力；1 1、首先觀察二力桿；、首先觀察二力桿；2 2、固定鉸、中間鉸原則上畫兩個(gè)力，但、固定鉸、中間鉸原則上畫兩個(gè)力，但若已判斷二力桿，則應(yīng)按二力桿方向畫成若已判斷二力桿，則應(yīng)按二力桿方向畫成一個(gè)力；一個(gè)力；3 3、約束力可以假定方向，即使不滿足平衡關(guān)、約束力可以假定方向，即使不滿足平衡關(guān)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、力圖上只畫外力，不畫內(nèi)力；、受力圖上只畫外力，不畫內(nèi)力； 7 7 、同一系統(tǒng)各研究對(duì)象的受力圖必須整體與局部、同一系統(tǒng)各研究對(duì)象的受力圖必須整體與局部一致，相互協(xié)調(diào)，不能相互矛盾。相同的力應(yīng)采用一致，相互協(xié)調(diào)，不能相互矛盾。相同的力應(yīng)采用相同的符號(hào)相同的符號(hào), ,不同的力必須予以符號(hào)區(qū)分；不同的力必須予以符號(hào)區(qū)分；5 5、受力圖上不能再帶約束；、受力圖上不能再帶約束；8 8、桿不能折斷。、桿不能折斷。受受 如圖所示，水平梁如圖所示，水平梁AB用斜用斜杠支撐，杠支撐，A ，C ，D三處均為光三處均為光滑鉸鏈連接。勻質(zhì)梁重滑鉸鏈連接。勻質(zhì)梁重G1 ，其其上放一重為上放一重為G2 的電動(dòng)機(jī)。如不的電

16、動(dòng)機(jī)。如不計(jì)桿計(jì)桿CD的自重，試分別畫出桿的自重，試分別畫出桿CD和梁和梁AB（包括電機(jī)）的受力包括電機(jī)）的受力圖。圖。復(fù)雜鉸的問題復(fù)雜鉸的問題概念：概念： 銷釘連接三個(gè)以上的構(gòu)件（或連接兩個(gè)構(gòu)件，銷釘連接三個(gè)以上的構(gòu)件（或連接兩個(gè)構(gòu)件，但銷釘還受其他外力作用）。但銷釘還受其他外力作用）。關(guān)鍵點(diǎn)：關(guān)鍵點(diǎn)： 認(rèn)為所有構(gòu)件都只與銷釘發(fā)生作用，外力認(rèn)為所有構(gòu)件都只與銷釘發(fā)生作用，外力無特別說明也認(rèn)為作用在銷釘上。無特別說明也認(rèn)為作用在銷釘上。注意：注意：1 1、研究對(duì)象要明確；、研究對(duì)象要明確；2 2、施力物體要明確；、施力物體要明確；3 3、可以把銷釘帶在一個(gè)構(gòu)件上，也可以、可以把銷釘帶在一個(gè)構(gòu)件

17、上，也可以脫開銷釘來分析。脫開銷釘來分析。ABCFBCFCFB畫出下列各構(gòu)件的受力圖畫出下列各構(gòu)件的受力圖 ( (外力作用于外力作用于AC時(shí)應(yīng)如何考慮時(shí)應(yīng)如何考慮) ) 銷釘受力情況如何？銷釘受力情況如何？ACFAyFFCFAxABCFFBFAyFAxFC1FC2CABCFBCFCBFBABCFFBFAACFAFCACFFCAFCB畫出下列各構(gòu)件的受力圖畫出下列各構(gòu)件的受力圖 ( (外力作用于鉸鏈外力作用于鉸鏈( (銷釘）時(shí)應(yīng)如何考慮銷釘）時(shí)應(yīng)如何考慮) ) 銷釘受力是否大小相等，方向相反？銷釘受力是否大小相等，方向相反？3060306030603060 如圖所示平面構(gòu)架，由桿如圖所示平面構(gòu)架，由桿AB ，