机械基础第二章杠杆的静力分析

第二章杆件的静力分析2.42.12.22.3力的概念与基本性质力矩、力偶与力的平移约束力、约束反力、力系和受力图应用小结第二章杠件的静力分析1.力的定义力是使物体的运动状态发生变化或使物体产生变形夫人物体之间夫人相互机械作用。2.力的三要素大小方向作用点2.1力的概念与基本性质3.力的表示法——力是一个既有大小又有方向的矢量。FAB4.力的单位——牛顿(N)•一、力的概念•二、力的基本性质性质一（作用与反作用定律）：作用力与反作用力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反，作用在同一直线上，且分别作用在两个物体上。•Ｆ＝－Ｆ′Ｆ重物对吊钩的作用力——F吊钩通过拉索对重物产生一个反作用力——F′•特点：作用力与反作用力总是同生、同灭、同变、同大小、同性质、反方向、两物体、不抵消。FF’•讨论：关于作用力和反作用力，下面说法中正确的是：（）A、一个作用力和它的反作用力的合力等于零．B、作用力和反作用力可以是不同性质的力．C、作用力和反作用力同时产生，同时消失．D、只有两个物体处于相对静止时，它们之间的作用力和反作用力的大小才相等．C•性质二（二力平衡公理）：1.定义：一个物体受到两个力的作用，保持静止状态或匀速直线运动状态，这两个力是一对平衡力，叫二力平衡。2.条件：这两个力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上，且作用在同一物体上的两个力物体上。3.特点：彼此平衡的两个力的合力一定为零。GF•静止的电灯NG•静止放在桌面上的书二力平衡作用力和反作用力•★二力平衡与作用力和反作用力的区别：•力的平衡是作用在同一物体上的两个力；•作用力和反作用力是作用在不同物体上的。相互作用力和平衡力的区别与联系一对相互作用力一对平衡力相同点大小相等、方向相反、作用在同一直线上不同点研究对象作用在两物体上作用在同一物体上性质一定是同一性质的可以不同性质同时性一定是同时产生、变化、消失不一定同时产生、变化、消失运动状态相关物体处于平衡状态相关物体不一定处于平衡状态作用效果作用效果不能抵消作用效果能抵消合力为0，对象比较1.讨论：质量是50千克的灯泡悬挂在电线上静止不动，电线对灯的拉力是多大？方向如何？2、下列物体中，受力不平衡的物体是（）A地球同步卫星B匀速竖直向上的直升飞机C静止在水平面上的课本D在平直铁轨上匀速直线行驶的火车A3．放在水平桌面上的墨水瓶，是一对平衡力的是（）•A.瓶的重力和瓶对地球的引力•B.瓶压桌面的力和桌面对瓶的支持力•C.瓶压桌面的力和瓶的重力•D.瓶的重力和桌面的支持力D4.有两个力，力的三要素都相同，则该两个力（）A.是相互作用力B.一定是平衡力C.一定不是平衡力D.缺乏条件无法确定c13．一个木箱静止放在水平地面上，则下列说法正确的一项是（）A．木箱所受重力和木箱对地面的压力是一对平衡力B．木箱所受重力和地面对木箱的支持力是一对平衡的力C、木箱对地面的压力和地面对木箱的支持力是一对平衡的力D．木箱没有受到力的作用，所以静止不动（受力物体是木箱、地面）（受力物体都是木箱）（受力物体地面木箱）BG=200NF1F2G=200N“等效替代”同一直线上二力合成的规律使用直接加减的方法同向相加反向相减问题若两个分力的方向不在同一直线上呢?观察以下两幅图片，结合生活经验体会力的作用效果，求出合力。然后总结“同一直线上二力合成”的方法。请独立思考后，同桌交流，自主发言。已知：F1=300N、F2=400N已知：F1=300N、F2=400N则F合==N则F合==N方向方向700F2-F1F1+F2100与F1、F2方向相同与F2方向相同F1F2F1F2如图：当两个力不在一条直线上时还能用这种方法求合力吗?如何求任意的互成角度的两个力的合力呢?F1=1NF2=2N验证力的平行四边形定则FF12qFqcos2212221FFFFF合力大小为性质三：力的平行四边形法则通常将力分解成相互垂直的两个分力。二个力合力的大小范围:F1－F2≤F合≤F1＋F2qF1F2FFq=0°21FFF1F2FqFq0°90°2221FFFFq1F2Fq=90º2221FFF讨论：两个分力大小不变，但夹角不同时的合力q1F2F18090q2221FFF2F180q||21FFFFF1F.θ＝120°且F1=F2时｜F合｜=｜F1｜=｜F2｜结论：1.当q=0º时，，合力最大。21FFF2.当q=180º时，，合力最小。||21FFF（1）当时，，合力方向与相同。21FFF21FF1F（2）当时，，合力方向与相同。12FFF21FF2F（3）当时，，物体处于平衡状态。0F21FFFmax＝F1＋F2Fmin＝｜F1－F2｜5.F合随F1和F2的夹角增大而减小3.θ＝120°且F1=F2时，｜F合｜=｜F1｜=｜F2｜6.二力合力的取值范围：｜F1－F2｜≤F合≤F1＋F24.F合可能大于、等于、小于任一分力。1．关于两个大小不变的共点力F1、F2与其合力F的关系，下列说法中正确的是（）A．F的大小随F1、F2间夹角的增大而增大B．F的大小一定大于F1、F2中的最大者C．F的大小随F1、F2间夹角的增大而减小D．F的大小不能小于F1、F2中的最小者C课堂练习2．两个共点力，大小都是50N，如果要使这两个力的合力也是50N，这两个力之间的夹角应为（）A．300B．600C．1200D．1500c3．两个共点力的合力最大值为35N，最小值为5N，则这两个力的大小分别为N和N.若这两力的夹角为900，则合力大小为N．152025课堂练习4.关于合力的下列说法中正确的是()A.几个力的合力就是这几个力的代数和B.几个力的合力一定大于这几个力的任何一个力C.几个力的合力可能小于这几个力中最小的力D.几个力的合力可能大于这几个力中最大的力CD5、两个共点力的大小分别为F1=15N、F2=9N，他们的合力可能等于()A、9NB、25NC、6ND、21NACD课堂练习1.两个共点力间的夹角是90º，力的大小分别为90N和120N，试用作图法和计算法求合力的大小和方向。F1F2FO30N53º（2）计算法2221FFFN150N120902212tanFFq,33.19012053q解：（1）作图法1如图所示，量得合力的大小为150N,合力F与F的夹角为53º。【练习2】两个共点力，一个是40N，另一个等于F，它们的合力是100N，则F的大小可能是：（）A.20NB.40NC.80ND.160N【练习1】已知两个分力，一个是40N，另一个是20N，它们的合力F的大小可能是：（）A.10NB.30NC.80ND.100N•（3）•①已知两个分力的方向，求两个分力的大小时，有唯一解。•②已知一个分力的大小和方向，求另一个分力的大小和方向时，有唯一解。•③已知两个分力的大小，求两个分力的方向时，其分解不惟一。•④已知一个分力的大小和另一个分力的方向，求这个分力的方向和另一个分力的大小时，其分解方法可能惟一，也可能不惟一。2.2力矩、力偶与力的平移力对物体可以产生移动效应——取决于力的大小和方向转动效应——取决于力矩的大小、方向一、力矩M0（F）=+Fd-d矩心力臂转向•力矩的单位Nm(牛米）或..kNm(千牛米）..•提高转动效应的方法M0（F）=+Fd-一方面可以增加力的大小更有效的办法是增加力臂的长度•分别计算出图中F1、F2对O点的力矩F1F2解：由图可知F1、F2对O点的力臂是h、l2二、力偶★力偶的定义作用在同一物体上大小相等、方向相反、作用线平行的一对平行力称为力偶。F1F2M（F1，F2）=+Fd-★力偶距的计算公式★力偶矩的定义:用一个力的大小和力偶臂的乘积,来度量力偶使物体转动的效果。★力偶对物体转动效应随力F的大小或力偶臂d的增大而增强力偶对其作用面内任意点的力矩值恒等于此力偶的力偶矩，而和力偶与矩心间的相对位置无关。力偶不能简化为一个力，即力偶不能用一个等效力替代，力偶只能用力偶平衡。力偶无合力，在任何坐标轴的投影代数和恒为零。力偶的等效性，在同一平面内的两个力偶，如果它们的力偶矩大小相等，转向相同，则两力偶等效，且可以相互代换。此即为力偶的等效性。★力偶距的性质==★力矩与力偶矩的区别:共同点:1.都使物体产生转动的效应；2.两者量纲相同[力的单位]×[长度的单位]不同点:1.力矩与力的位置有关，力的位置不同，臂不同，力矩值也不同。2.力偶矩与矩心的位置无关，力偶在其作用平面内可任移动或转动，而不改变该力偶对物体的转动效应。2.3约束力、约束反力、力系和受力图应用自由体——可以任意运动（获得任意位移）的物体。非自由体——运动(位移)受到某些限制的物体。1.基本概念风筝在什么情况下是自由体，在什么情况下是非自由体？约束反力——约束施加于被约束物体的力。约束反力的方向总是与该约束所限制的运动方向相反。约束——对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体称为约束例如，铁轨对于火车、钢索对于重物等，都是约束。GFN•气球受到人的约束气球人被约束体约束•人对气球有一个向下的约束反力约束反力•分析图中的约束和约束反力？2.常见的约束类型1.柔性约束2.光滑面约束3.铰链约束4.固定端约束1．柔性约束定义：忽略摩擦，把实际中的绳索、链条、胶带等看成十分柔软又不可伸长的柔索，它限制了被约束体沿索向向外的运动。用符号“FT”表示。T1FT2F柔绳构成的约束：带传动实例：链传动实例：2.光滑面约束定义：两物体相互接触，若接触表面为非常光滑的刚性面，摩擦力很小可忽略不计，即为光滑面约束。用符号“FN”表示。方向：光滑面约束力的方向是通过接触点并沿着公法线，指向被约束物体。FNP光滑面约束：光滑面约束实例：3.铰链约束固定铰链约束——两个构件之一与地面或支架固定，称为固定铰链约束。活动铰链约束——两个构件与地面或支架的连接时活动的，称为活动铰链约束。铰链约束实例铰链铰链4.固定端约束定义：物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约束，称为固定端约束。