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静力学基本公理、约束与约束力
2020-08-17 16:52:16来源:100唯尔

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静力学公理

公理1力的平行四边形法则

作用在物体上同一点的两个力,可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点,合力的大小和方向,由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定。

合力矢等于这两个分力矢的矢量和。

FR=F1+F2

合力也可用力的三角形确定,两分力首尾相接,合力沿反方向构成封闭边。

这个公理表明了最简单力系的简化规律,它是复杂力系简化的基础。

公理2二力平衡条件

作用在刚体上的两个力,使刚体保持平衡的必要和充分条件是这两个力的大小相等,方向相反,且在同一直线上。

即:F1=-F2

这个公理表明了作用于刚体上的最简单的力系平衡时所必须满足的条件。

对变形体是必要条件,并非充分条件。

例:链条或绳索,受拉平衡,受压不平衡。

由公理2,若某构件平衡,自重不计,只在两点受力,则这两个力必等值、反向、共线。这类构件称二力构件

例:三铰拱桥,受力如图,各拱自重不计,拱BC为二力构件。

公理3

在已知力系上加上或减去任意的平衡力系,并不改变原力系对刚体的作用。

这个公理是研究力系等效变换的重要依据。根据上述公理可以导出下列推理:

推理1:力的可传性

作用于刚体上某点的力,可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点,并不改变该力对刚体的作用。

证明:

图中:F2=-F1=F

推理2:三力平衡汇交力系

作用于刚体上三个相互平衡的力,若其中两个力的作用线汇交于一点,则此三力必在同一平面内,且第三个力的作用线通过汇交点。

证明:

已知刚体上三个相互平衡的力F1、F2、F3,力F1、F2汇交于O。先将F1、F2移至汇交于O,合成得合力F12,则F3应与F12平衡,这两个力必共线,所以三力F1、F2、F3必共面,并汇交于点O。

公理4

作用力和反作用力总是同时存在,两力的大小相等、方向相反,沿着同一直线,分别作用在两个相互作用的物体上。

此公理概括了物体间相互作用的关系,表明作用力和反作用力总是成对出现的。两者用同一字母表示,但其中之一在字母的右上方加“’”。

必须注意,作用力和反作用力分别作用在两个物体上,因此,不能认为作用力与反作用力相互平衡。

公理5

变形体在某一力系作用下处于平衡,如将此变形体刚化为刚体,其平衡状态保持不变。

这个公理提供了把变形体看作刚体模型的条件。