《靜力學(xué)的概念》課件

靜力學(xué)的概念靜力學(xué)是力學(xué)的一個分支。研究靜止物體或平衡運動的物體。靜力學(xué)的定義平衡狀態(tài)靜力學(xué)研究處于平衡狀態(tài)的物體，包括物體不受力的作用或合力為零的狀態(tài)。靜止?fàn)顟B(tài)靜力學(xué)研究靜止的物體，即物體的位置和方向不隨時間變化。力學(xué)分支靜力學(xué)是力學(xué)的一個分支，研究物體在靜止?fàn)顟B(tài)下的力與運動之間的關(guān)系。靜力學(xué)的研究對象結(jié)構(gòu)橋梁、建筑物等靜止結(jié)構(gòu)的受力分析是靜力學(xué)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。機械機械設(shè)備的平衡、穩(wěn)定性、運動部件的受力分析都屬于靜力學(xué)研究范疇。人體人體運動過程中肌肉和骨骼的受力分析，可以幫助理解運動原理和預(yù)防運動損傷。靜力學(xué)的基本任務(wù)分析受力物體靜力學(xué)研究的是靜止物體或靜止?fàn)顟B(tài)下的運動物體，需要分析物體受到的所有力，例如重力、彈力、摩擦力等。建立力平衡方程根據(jù)牛頓第二定律，靜止物體受到的合力為零，因此可以建立力平衡方程，以求解物體所受的未知力。確定物體運動狀態(tài)通過分析力平衡方程，可以確定物體是否處于平衡狀態(tài)，以及物體在平衡狀態(tài)下的受力情況。靜力學(xué)的基本假設(shè)剛體物體在外力作用下，形狀和大小不變。質(zhì)點將物體視為一個集中了物體質(zhì)量的點。平衡條件物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。作用力和反作用力力的作用是相互的，兩個物體相互作用時，會產(chǎn)生大小相等、方向相反的力。力的概念11.力的定義力是物體之間的相互作用，力可以使物體發(fā)生形變或改變物體的運動狀態(tài)。22.力的本質(zhì)力是矢量，具有大小和方向，力的作用效果取決于力的方向、大小和作用點。33.力對物體的作用力可以使物體發(fā)生形變，例如拉伸一根橡皮筋；力可以使物體改變運動狀態(tài)，例如踢球使球飛出去。力的性質(zhì)矢量性力的大小和方向都有，可以用帶箭頭的線段表示?？蓚鬟f性力可以從一個物體傳遞到另一個物體，例如推力或拉力。可合成性多個力作用在同一物體上可以合成一個等效的力?？煞纸庑砸粋€力可以分解成多個力的合力，方便分析和計算。力的表示法力的方向力是一個矢量，用箭頭表示其大小和方向。力的作用點力的作用點是力作用于物體的特定點。力的表示方法可以用力的大小、方向和作用點來表示力。力的合成多個力作用于同一個物體力合成是指將多個力的作用效果等效為一個力的過程。合力與分力合力是指多個力的等效替代力，而分力則是構(gòu)成合力的各個力。力的矢量性力是矢量，具有大小和方向，合成時需要考慮力的方向。矢量合成力的合成遵循平行四邊形法則或三角形法則。力的分解1力的分解概念將一個力分解為兩個或多個力的過程稱為力的分解。分解后的每個力稱為分力，它們共同作用的效果等效于原力。2平行四邊形法則將原力作為平行四邊形的對角線，則兩條相鄰邊代表的分力分別為原力的兩個分力。3正交分解將原力分解為兩個互相垂直的分力，稱為正交分解。這是應(yīng)用最為廣泛的分解方法。幾何合成力幾何合成力的方法是將多個力矢量按照平行四邊形法則或三角形法則進行合成，得到一個合力矢量。合成力的大小和方向由合力矢量決定。幾何合成力方法直觀易懂，適合于求解多個力的大小和方向已知的簡單力系。代數(shù)合成力代數(shù)合成力適用于共線力系，即所有力的作用線都位于同一條直線上。該方法將力的矢量分解為平行于力的作用線的投影，然后將所有投影進行代數(shù)運算，從而得到合力的投影。代數(shù)合成力方法簡便易行，適用于共線力系，可以有效地計算合力的大小和方向。平衡的概念1靜止?fàn)顟B(tài)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，不受外力作用或受力平衡。2運動狀態(tài)物體做勻速直線運動，不受外力作用或受力平衡。3相對平衡物體相對于另一個物體保持靜止，即相對平衡。平衡的條件合力為零所有作用在物體上的力的矢量和為零。合力矩為零所有作用在物體上的力的力矩矢量和為零。保持靜止?fàn)顟B(tài)物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，不會發(fā)生平移或轉(zhuǎn)動。自由物體平衡分析1物體狀態(tài)物體處于靜止或勻速直線運動2合力為零所有外力相互抵消3平衡方程根據(jù)牛頓第二定律4求解未知力運用平衡方程自由物體是指不受任何約束的物體，其運動狀態(tài)不受外部因素的影響。當(dāng)物體處于平衡狀態(tài)時，其合力為零，即所有外力相互抵消。分析自由物體平衡的關(guān)鍵在于建立平衡方程，并根據(jù)平衡方程求解未知力。平衡方程是基于牛頓第二定律推導(dǎo)出來的，即物體所受合力等于其質(zhì)量與加速度的乘積。在自由物體平衡分析中，需要仔細(xì)考慮所有作用在物體上的外力，并將其分解到不同的方向上，最后根據(jù)平衡方程求解未知力。支承反力的計算支承反力是物體受到約束時，約束對物體施加的力。支承反力的大小和方向取決于物體所受的力和約束的性質(zhì)。計算支承反力，首先要確定物體所受的力和約束的性質(zhì)。然后根據(jù)平衡條件，列出方程，求解未知的支承反力。內(nèi)力和外力的分析內(nèi)力物體內(nèi)部各部分之間相互作用的力稱為內(nèi)力。內(nèi)力是物體內(nèi)部各部分之間的相互作用力，不會改變物體的運動狀態(tài)。外力物體受到來自物體外部的力稱為外力。外力是指物體受到來自外部環(huán)境或其他物體的力，可以改變物體的運動狀態(tài)。約束反力的計算約束反力是物體受到約束而產(chǎn)生的反作用力，是靜力學(xué)分析中的重要概念。約束反力的大小和方向取決于約束條件以及物體所受的其它外力。1方程通過建立平衡方程，求解約束反力。2幾何關(guān)系利用物體受力情況和約束條件之間的幾何關(guān)系，求解約束反力。3虛擬位移運用虛擬位移原理，求解約束反力的大小和方向。靜力系的分類11.平面靜力系所有力都作用在一個平面上，物體在該平面內(nèi)運動或保持靜止。22.空間靜力系所有力作用在三維空間中，物體在三維空間中運動或保持靜止。33.匯交力系所有力的作用線都交于一點。44.平行力系所有力的作用線互相平行。靜力系的特征封閉性所有外力作用下，力系的合力為零。這意味著系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。平衡性靜力系中所有力的矢量和為零。這意味著系統(tǒng)處于力的平衡狀態(tài)，不會發(fā)生任何移動。穩(wěn)定性受外力作用后，系統(tǒng)能夠保持其原來的靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)?？赡嫘造o力系中每個力的作用方向可以反轉(zhuǎn)，而不會改變系統(tǒng)的平衡狀態(tài)。靜力系的分析步驟1建立模型確定研究對象，并進行簡化和抽象2畫受力圖將所有外力和內(nèi)力用箭頭表示出來3建立方程根據(jù)平衡條件，列出力的平衡方程4求解未知量解方程組，求出未知的力或位移分析靜力系需要遵循一定的步驟，從建立模型到求解未知量，每個步驟都至關(guān)重要。簡單靜力系的求解1確定靜力系分析受力物體，確定所有作用力2建立坐標(biāo)系選擇合適坐標(biāo)系，簡化計算3列平衡方程根據(jù)平衡條件，列寫力矩平衡方程4求解未知量解方程組，得到未知力的大小和方向簡單靜力系是指僅包含幾個力的靜力系，通常通過列寫平衡方程求解。首先需要識別受力物體并確定所有作用力，然后選擇合適的坐標(biāo)系，最后根據(jù)平衡條件列寫力矩平衡方程，并解方程組得出未知力的大小和方向。對于簡單的靜力系，求解過程相對簡單，但仍然需要注意建立正確的受力分析模型，確保方程的準(zhǔn)確性。復(fù)雜靜力系的求解建立力系方程根據(jù)力系的平衡條件，建立多個力系的方程。解方程組利用代數(shù)方法求解未知力的大小和方向。分析結(jié)果檢查解的合理性，并進行物理意義的解釋。特殊方法對于某些復(fù)雜靜力系，可以使用圖形方法或數(shù)值方法求解。集中力系的平衡分析1平衡方程所有外力之和為零2求解力利用平衡方程求解未知力3分析結(jié)果判斷結(jié)構(gòu)是否平衡分析集中力系的平衡，需建立平衡方程。通過求解平衡方程，可獲得未知力，進而判斷結(jié)構(gòu)是否平衡。分布力系的平衡分析1分布力系分布力系是指作用在物體上的一組力，它們沿某一方向或曲線分布，并且在該方向或曲線上的每個點都有一個力的大小和方向。2平衡條件分布力系平衡的條件是：分布力系的合力為零，分布力系的合力矩為零。3分析方法分析分布力系的平衡，通常需要將分布力系分解為若干個集中力系，然后分別求解每個集中力系的平衡條件。摩擦力的概念接觸面阻力物體間接觸面由于表面粗糙而產(chǎn)生的阻礙相對運動的力。方向與運動方向相反摩擦力總是與物體相對運動或相對運動趨勢方向相反。存在條件物體間存在接觸，接觸面粗糙，物體間有相對運動或相對運動趨勢?；瑒幽Σ亮佑|面兩個物體接觸并發(fā)生相對運動時，接觸面之間產(chǎn)生的阻力。方向與物體相對運動方向相反。大小與正壓力和接觸面的材料性質(zhì)有關(guān)。公式f=μN，其中f為滑動摩擦力，μ為摩擦系數(shù)，N為正壓力。靜止摩擦力靜止摩擦力的概念當(dāng)物體在接觸面上靜止不動時，物體受到的摩擦力稱為靜止摩擦力。靜止摩擦力的方向靜止摩擦力與物體運動趨勢的方向相反，阻止物體運動。靜止摩擦力的最大值靜止摩擦力