第一章 理论力学教学课件(郝桐生版).pptx

绪 论一、理论力学的学习目的1、运用理论力学知识解决工程技术中的实际问题；简化2、为后续的专业课程提供理论基础。 例如：材料力学、结构力学、弹性力学、岩石力学、流体力学、机械振动等一系列后续课程。二、理论力学的研究对象和内容理论力学：是研究物体机械运动一般规律的学科。机械运动：是物体在空间的位置随时间的变化。机械运动符合的运动规律为：常速：远小于光速 ；宏观：介于巨大星系与分子、原子之间。物体的平衡是机械运动的特殊情况。静力学 static 研究力的性质、以及物体在外力作用下的平衡规律； 理论力学Theoretical mechanical运动学 kinematics 研究物体运动的几何规律，而不考虑物体运动的原因动力学 dynamics 研究物体的运动变化与其所受的力之间的关系三、理论力学的研究方法分析、归纳和总结力学最基本规律观察和实验抽象、推理和数学演绎用于实际理论体系力学模型刚体、质点、质点系等四、理论力学的学习方法和要求上课认真听讲；学习方法：适当预习和复习；作业独立完成 。作业按时按量完成，平时成绩40%，考试成绩60%；学习要求： 不迟到，不早退，课堂小测验，不定期点名。第一部分 静力学引 言静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。力系：是指作用在物体上的一群力。平衡：物体在惯性参考系中处于静止状态或匀速 直线运动状态。研究内容：1、物体的受力分析 分析物体（包括物体系）受哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力图。2、力系的等效替换（简化）用一个简单力系等效代替一个复杂力系。3、力系的平衡条件及其应用 建立各种力系的平衡条件，并应用这些条件解决静力学实际问题 。第一章 静力学基本公理 和物体的受力分析§1-1静力学基本概念一、力的概念1、定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物体的运动状态或物体形状。外效应：改变物体的运动状态，——理论力学；2、力的作用效应：内效应：改变物体形状，——材料力学。3、力的三要素：大小、方向和作用点。F?F?4、力是矢量。5、力的单位： 牛顿(N) 、千牛顿(kN)。二、质点、质点系和刚体质点：具有一定质量而其形状与大小可以忽略不计的物体。确定一个物体是否为质点的关键是看其相对物体的大小。质点系：具有一定联系的若干个质点的集合。刚体：是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。表现特征：刚体内部任意两点间的距离始终不变。不同物体刚体一些基本定理和公理只对刚体适用，对可变形的物体不适用。 绝对刚体不存在，但研究力的外效应时可将变形体看成刚体。研究力的内效应前也将物体看成刚体。§1-2静力学公理公理：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。公理1 二力平衡公理 作用于刚体上的两个力，使刚体保持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F1 =－F2 (矢量)且在同一直线上。说明：① 对刚体来说，上面的条件是充要的； ② 对变形体来说，上面的条件只是必要条件。③二力构件：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力构件。二力构件的受力特点：此二力作用线必然沿着两个作用点 的连线且大小相等，方向相反。注意：二力构件是不计自重的。公理2 加减平衡力系公理 在作用于刚体的已知任意力系上，加上或减去任意一个平衡力系，不影响原力系对刚体的作用效应。推论1：力的可传性原理 作用在刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内的任意一点，并不改变该力对刚体的作用。公理3力的平行四边形法则 作用于物体上同一点的两个力可合成为一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线来确定。即：合力为原两力的矢量和。??和?比较 力的平行四边形法则的不同含义。力是矢量，应按照矢量的运算法则进行运算。力的三角形法则推论 2 三力平衡汇交定理若刚体在三个力的作用下保持平衡，其中两个力汇交于一点，那么第三个力的作用线也必通过汇交点，且三力的作用线共面。 ∵F1，F2，F3 为平衡力系，证明：∴F12 ，F3也为平衡力系。又∵ 二力平衡必等值、反向、共线， ∴ 三力F1，F2，F3 必汇交，且共面。公理4 作用与反作用定律（牛顿第三定律） 两物体相互间的作用力总是同时存在，总是大小相等、方向相反且作用于同一条直线上，分别作用在两个物体上。二力平衡作用与反作用?公理5刚化原理 变形体在某一力系作用下处于平衡，若将此变形体变成刚体（刚化），则平衡状态保持不变。不能平衡平衡刚化不能刚化 公理5告诉我们：处于平衡状态的变形体，可用刚体静力学的平衡理论。§1-3约束与约束力 一、概念自由体：位移不受限制，可以作任意运动的物体叫自由体。非自由体：位