第1章 静力学基础
静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。它主要解决两类问题:一是将作用在物体上的力系进行简化,即用一个简单的力系等效地替换一个复杂的力系,这类问题称为“力系的简化(或力系的合成)问题”;二是建立物体在各种力系作用下的平衡条件,这类问题称为“力系的平衡问题”。
静力学是工程力学的基础部分,在工程实际中有着广泛的应用。它所研究的两类问题(力系的简化和平衡),无论对于研究物体的运动或变形都有十分重要的意义。因为研究物体的运动和变形以及工程结构和机器能否正常工作而不致发生破坏等时,都要知道作用在物体上的各种力(包括未知力)的大小和方向。
力在物体平衡时所表现出来的基本性质,也同样表现于物体做一般运动的情形中。在静力学里关于力的合成、分解与力系简化的研究结果,可以直接应用于动力学。
本章将阐述静力学中的一些基本概念、静力学公理、工程上常见的典型约束和约束力,以及物体的受力分析。
§1—1 静力学的基本概念
关于力的概念是人们在生活和生产实践中,通过长期的观察和分析而逐步形成的。当人们推动小车时,由于手臂肌肉的紧张和收缩而感受到了力的作用。这种作用不仅存在于人与物体之间,而且广泛地存在于物体与物体之间,例如机车牵引车辆加速前进时或者制动时,机车与车辆之间、车辆与车辆之间都有力的作用。大量事实说明,力是物体(指广义上的物体,其中包括人)之间的相互机械作用,离开了物体,力就不可能存在。力虽然看不见,但它的作用效应完全可以直接观察,或用仪器测量出来。实际上,人们正是从力的作用效应来认识力本身的。
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