工程力学(第二版)
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2.1 力的概念

2.1.1 力的概念

力是人们在长期的生活和生产实践中逐渐形成的。力是物体间相互的机械作用,这种作用使物体的运动状态发生改变(称为力的外效应),同时还会使物体发生变形(称为力的内效应)。

由力的定义可知,既然力是物体与物体之间的相互作用,因此,力不可能脱离物体而单独存在。也就是说,存在受力物体就必然存在施力物体。

2.1.2 力的三要素

实践证明,力对物体的作用效应取决于下列三个要素:

(1)力的大小。力的大小表明物体间相互作用的强弱程度。为了度量力的大小,应规定力的单位,在国际制单位中,力的单位是牛[顿](N)或千牛[顿](kN)。

(2)力的方向。力的方向包含有方位和指向两个含义。例如,重力的方向是“铅直向下”。

(3)力的作用点。力的作用点是指力对物体作用的位置。

力对物体的作用效果,取决于力的大小、方向和作用点。在这三个因素中,只要改变其中的一个因素,都会对物体产生不同的效果,所以,把力的大小、方向和作用点称为力的三要素。

2.1.3 力的表示法

(1)图示法。为了便于对物体作受力分析,常需要将力用图形表示出来。由力的三要素可知,力是有大小又有方向的量,所以力是矢量,可用一带箭头的线段来表示,这种表示方法称为力的图示法。

如图2.1所示,线段的长度(按选定的比例)表示力的大小;线段与某定直线的夹角表示力的方位,箭头表示力的指向;带箭头线段的起点A(或终点B)表示力的作用点。通过力的作用点沿力方向的直线L,称为力的作用线。

(2)文字法。书写用大写黑体字母如F、P、T表示力矢量;手写用大写字母头上加一箭头如img表示力矢量。

2.1.4 力系的概念

为了便于研究和叙述,还要给出以下定义:

img

图2.1

(1)力系——作用在物体上的一群力或一组力称为力系。

(2)平面力系——各力的作用线均位于同一平面内的力系称为平面力系。

(3)空间力系——各力作用线不在同一平面的力系称为空间力系。

(4)平衡——指物体相对于参考物(习惯以地球作为参考物)处于静止或作匀速直线运动的状态。

(5)平衡力系——使物体保持平衡状态的力系称为平衡力系。静力学主要研究平衡力系。

(6)等效力系——若作用在物体上的一个力系可用另一个力系来代替,而不改变原力系对物体的作用效应,则这两个力系称为等效力系

(7)合力、分力——一个力,如果它产生的效果与几个力共同作用时产生的效果相同,那么这个力就叫这几个力的合力,合成合力的这几个力叫合力的分力。