工程力學(xué)第一章靜力學(xué)基礎(chǔ)知識

工程力學(xué)第一章靜力學(xué)基礎(chǔ)知識1第1頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄緒論第一篇靜力學(xué)

第一章靜力學(xué)基礎(chǔ)知識第二章平面基本力系第三章平面一般力系第二篇材料力學(xué)第四章材料力學(xué)基礎(chǔ)第五章拉伸和壓縮第六章剪切和擠壓第七章圓軸扭轉(zhuǎn)第八章直梁彎曲緒論第一篇靜力學(xué)

第一章靜力學(xué)基礎(chǔ)知識第二章平面基本力系第三章平面一般力系第二篇材料力學(xué)第四章材料力學(xué)基礎(chǔ)第五章拉伸和壓縮第六章剪切和擠壓第七章圓軸扭轉(zhuǎn)第八章直梁彎曲2第2頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月緒論

力學(xué)是一門以工程技術(shù)為背景的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，它以理論、實驗和計算機仿真為主要手段，研究工程技術(shù)中的普遍規(guī)律和共性問題，并直接為工程技術(shù)服務(wù)。

工程力學(xué)作為力學(xué)的一個分支，是20世紀(jì)50年代末出現(xiàn)的。首先提出這一名稱并對這個學(xué)科做了開創(chuàng)性工作的是中國學(xué)者錢學(xué)森。3第3頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、工程力學(xué)在實際中的應(yīng)用二、工程力學(xué)所要解決的問題三、學(xué)習(xí)工程力學(xué)的實際意義4第4頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、工程力學(xué)在實際中的應(yīng)用瓦特蒸汽機運行原理內(nèi)燃機5第5頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、工程力學(xué)在實際中的應(yīng)用上海楊浦大橋橋面結(jié)構(gòu)6第6頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、工程力學(xué)在實際中的應(yīng)用2008年北京奧運會主場館“鳥巢”7第7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、工程力學(xué)在實際中的應(yīng)用F8第8頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、工程力學(xué)所要解決的問題機械設(shè)備或工程結(jié)構(gòu)都是由若干構(gòu)件組成的，當(dāng)它們傳遞運動或承受載荷時，各個構(gòu)件都要受到力的作用。當(dāng)我們研究這類問題時：首先，必須確定作用在各個構(gòu)件上有哪些力以及它們的大小和方向；其次，在確定了作用在構(gòu)件上的外力后還必須為構(gòu)件選用合適的材料，確定合理的截面形狀和尺寸，以保證構(gòu)件既能安全可靠地工作，又符合經(jīng)濟要求。9第9頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、工程力學(xué)所要解決的問題10第10頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月三、學(xué)習(xí)工程力學(xué)的實際意義1、工科各專業(yè)一般都要涉及機械運動和強度計算的問題。2、工程力學(xué)是研究力學(xué)中最普遍、最基本的規(guī)律。3、工程力學(xué)的研究方法具有典型性，有助于培養(yǎng)辯證唯物主義觀點以及分析問題和解決問題的能力?？磿谝豁?1第11頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月閱讀材料：力學(xué)名人——錢學(xué)森錢學(xué)森（1911.12.11-2009.10.31），男，漢族，浙江省杭州市人。中國共產(chǎn)黨優(yōu)秀黨員、忠誠的共產(chǎn)主義戰(zhàn)士、享譽海內(nèi)外的杰出科學(xué)家和中國航天事業(yè)的奠基人，中國兩彈一星功勛獎?wù)芦@得者之一。曾任美國麻省理工學(xué)院教授、加州理工學(xué)院教授，曾擔(dān)任中國人民政治協(xié)商會議第六、七、八屆全國委員會副主席、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會名譽主席、全國政協(xié)副主席等重要職務(wù)?？磿谒捻?2第12頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、靜力學(xué)研究什么：物體在力作用下的平衡規(guī)律二、包括的問題：1.物體的受力分析2.物體在力系作用下的平衡條件第一篇靜力學(xué)NFfG

G——重力N——支持力F——牽引力

f——

摩擦力13第13頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第一篇靜力學(xué)力系的概念:作用在同一物體上的一組力(或一群力)。TG

T——牽引力

G——重力

T,G組成力系,使燈泡處于平衡,所以T,G就是平衡條件,此力系稱為平衡力系.14第14頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第一篇靜力學(xué)三、平衡的概念：物體相對于地球保持靜止或作勻速直線運動的狀態(tài)。例如勻速直線運動的火車、靜止的橋梁。GNN

G——重力

N——支持力四、平衡條件：使物體處于平衡的某些特定條件。15第15頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第一篇靜力學(xué)想一想：當(dāng)球體運動到最高點時，球速為0，它是否處于平衡狀態(tài)？為什么？回答：1、平衡狀態(tài)是指受力平衡，球上升階段，它受到重力做勻減速運動，到最高點時速度減為0了，但是對它作用的只有重力（摩擦力忽略），所以是不平衡的，這點其實就跟你手里拿著小球然后放手的一瞬間是一樣的，小球開始沒速度，然后開始向下落的。2、速度為0，但是加速度為g，所以不平衡！平衡是指加速度為0的情況下。16第16頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章：靜力學(xué)基礎(chǔ)知識§1-1靜力學(xué)模型§1-2力§1-3靜力學(xué)公理

17第17頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-1靜力學(xué)模型模型：對實際物體和實際問題的合理抽象與簡化。一、對物體的合理抽象與簡化——剛體剛體：在力的作用下形狀和大小都保持不變的物體。想一想：小孩坐在兩端支起的木板上，使木板發(fā)生了形變，這塊木板可以抽象為剛體嗎？桌子變形很明顯，而作為剛體，它的變形很微小，（可略去）所以這塊木板不可以抽象為剛體。18第18頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-1靜力學(xué)模型二、對受力的合理抽象與簡化——集中力與均布力集中力：作用面積很小的力。例如：汽車停在橋面上，通過輪胎作用在橋面的力。

汽車的重量是通過輪胎作用在橋面上，由于輪胎與橋面的接觸面積比較小，因此輪胎對橋面的作用力就看作是兩個力，作用于一點的兩個力，這種力就叫做集中力。

19第19頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-1靜力學(xué)模型均布力：連續(xù)分布的力。例如：汽車停在橋面上，橋面施加在橋梁上的力。橋面板作用在鋼梁的力，接觸面積并不是一點，也不是很小，因此梁所受的力不是集中力，而是沿著梁的長度方向分布的均布力。均布力20第20頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-1靜力學(xué)模型集中力與均布力的區(qū)別:集中力：F（N）作用在物體的一點上。均布力：q(N/m)作用在物體的面積上。三、對接觸與連接方式的合理抽象與簡化——約束約束：構(gòu)件之間的接觸與連接方式的抽象與簡化。是物體在空間的運動受到的限制。21第21頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-2力提水桶時水桶受到手施加的力的作用，運動發(fā)生改變，人也有感覺，提水使雙臂肌肉緊張收縮。掰手腕時雙方用力肌肉也會緊張收縮，從而讓我們體會到力的存在。22第22頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-2力一、力的效應(yīng)外效應(yīng)：力使物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變的效應(yīng)。靜力學(xué)研究力的外效應(yīng)。內(nèi)效應(yīng)：力使物體的形狀發(fā)生變化的效應(yīng)。材料力學(xué)研究力的內(nèi)效應(yīng)。23第23頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-2力二、力的作用是相互的力的概念：力是物體間相互的機械作用。這種作用可以使物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化（外效應(yīng)），也可以使物體的形狀發(fā)生變形（內(nèi)效應(yīng)）。當(dāng)某一物體受到力的作用時，一定有另一個物體對它施加這種作用。例如：人向前推墻時，墻對人有相反方向的作用力，使人向后運動。

24第24頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-2力三、施力物體和受力物體人在提水的過程中，若把水桶看成是受力物體，則手是施力物體；反之，若認(rèn)為手是受力物體，則水桶是施力物體。判別時主要是判斷哪個是主動，哪個是被動。施力物體與受力物體的判別：主動：施力物體被動：受力物體25第25頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-2力四、力的三要素力對物體作用的效應(yīng)決定于力的三個因素：力的大小、方向和作用點。三要素中只要有一個要素發(fā)生改變，那么力對物體的作用效果也發(fā)生改變。

矢量：有大小和方向的量。力是具有大小和方向的量，所以力是矢量。用粗黑體字母表示矢量。26第26頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-2力力的圖示法：力可以用帶箭頭的線段表示。線段的長度表示力的大小，箭頭表示力的方向，線段的起始點或終止點表示力的作用點。力比例尺1厘米=10NF=30NF始點或終點代表力的作用點FF27第27頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-3靜力學(xué)公理一、作用與反作用公理（公理一）

兩個物體間的作用力與反作用力總是同時存在、同時消失，（總是成對出現(xiàn)）且大小相等、方向相反，其作用線沿同一直線，分別作用在這兩個物體上。

等值、反向、共線力的符號：F、F’28第28頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、作用與反作用公理（公理一）FT、G不是作用力與反作用力，因為它們在同一物體上。FT與F’T是一對作用力與反作用力。因為它們作用在兩個物體上，并且等值、反向、共線。F’TFTG舉例1：FT繩給燈的力FT’燈給繩的力G重力（地球?qū)舻囊Γ?9第29頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、作用與反作用公理（公理一）舉例2：手指按壓桌子，手對桌子施加壓力，桌子對手施加支持力。舉例3：書11頁，圖1-10人在劃船離岸時，槳對岸作用一個力，岸對槳也作用一個力。30第30頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-3靜力學(xué)公理二、二力平衡公理（公理二）作用于同一剛體上的兩個力，使剛體平衡的必要且充分條件是，這兩個力大小相等、方向相反，作用在同一條直線上。

壓力—變短拉力—變長剛體—不考慮變形31第31頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、二力平衡公理（公理二）剛體平衡的必要充分條件：二力等值、反向、共線。矢量表示法：F1=-F232第32頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、二力平衡公理（公理二）FT、G不是作用力與反作用力，因為它們等值、反向、共線，且作用在同一物體上，屬于二力平衡公理中的兩個力。舉例1：F’TFTGFT繩給燈的力FT’燈給繩的力G重力（地球?qū)舻囊Γ?3第33頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月公理二的應(yīng)用二力構(gòu)件：只有兩個著力點而處于平衡的構(gòu)件。二力桿：當(dāng)構(gòu)件呈桿狀時，若略去桿的自重和伸縮,此構(gòu)件稱為二力桿。受力特點：所受二力方向必沿其兩作用點的連線。三鉸鋼架中的BC構(gòu)件，若不計自重，就是二力構(gòu)件。34第34頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月公理二的應(yīng)用桿CD若不計自重，就是一個二力桿。CDABFCD

FD

FCFC=-FDDABFGAB桿不是二力構(gòu)件，因為它有四個著力點。35第35頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月公理二的應(yīng)用試在曲桿的A、B兩點上各加一個力，并使曲桿處于平衡狀態(tài)。ABABFAFBABFAFB36第36頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月公理一與公理二的區(qū)別公理一：作用力與反作用力是等值、反向、共線，分別作用在兩個不同的物體上。公理二：作用在同一物體上的兩個力，等值、反向、共線。舉例：書13頁，圖1-1437第37頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-3靜力學(xué)公理三、加減平衡力系公理（公理三）

在一個剛體上加上或減去一個平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效果。F1=-F2=FF2F1F138第38頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月公理三的應(yīng)用力的可傳性原理：作用于剛體的力可以沿其作用線滑移至剛體的任意點，不改變原力對該剛體的作用效應(yīng)。39第39頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-3靜力學(xué)公理四、力的平行四邊形公理（公理四）作用于物體上的同一點的兩個力，可以合成為一個合力，合力也作用于該點上，其大小和方向可用以這兩個力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對角線來表示。FR矢量式表示：FR=F1+F2（FR等于力F1與力F2的矢量和）矢量式與代數(shù)式完全不同，不能混淆。只有當(dāng)二力共線時，其合力才等于二力的代數(shù)和。40第40頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月四、力的平行四邊形公理學(xué)生練習(xí)：當(dāng)F1=30N，F(xiàn)2=50N，兩個力夾角為45°時，求合力。10NF1F2FR量取FR的長度，就可知合力大的大小。不是30+50這樣算出來的。41第41頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月四、力的平行四邊形公理（公理四）將力的矢量F1、F2首尾相接，再用線段將其封閉構(gòu)成一個三角形，該三角形稱為力的三角形，封閉邊代表合力FR。這一力的合成方法稱為力的三角形法則。42第42頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月四、力的平行四邊形公理（公理四）力的合成與分解：將兩個以上共點力合成為一個力，