任务一 力和平衡的概念

一、力的概念

力是物体间相互的机械作用，其作用的结果是使物体机械运动的状态发生改变和物体形状产生变化。前者称为运动效应或外效应，后者称为变形效应或内效应。力的运动效应又可分为移动效应和转动效应。在一般情况下，一个力对物体作用时，既有移动效应又有转动效应。

实践证明，力对物体的作用取决于力的大小、方向和作用点。这三者称为力的三要素。

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，须规定力的单位，在国际单位制中，力的单位是牛顿（N）或千牛（kN）。

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”。

力的作用点是指力对物体作用的位置。力的作用位置实际上有一定的范围，不过当作用范围与物体的几何尺寸相比很小时，可近似地看作一个点，作用在一个点的力，称为集中力。

在这三个要素中，只要改变其中的一个要素，都会对物体产生不同的效果。

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，力是既有大小又有方向的量，所以力是矢量，可以用一条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AB 的长度（按一定比例）表示力的大小；线段的方位和箭头的指向表示力的方向；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的方向的直线，称为力的作用线。

用字母符号表示力矢量时，常用黑体字母F来表示。

二、力系的概念

所谓力系，是指作用于物体上的一群力。

根据力系中各力作用线的分布情况，可将力系分为平面力系和空间力系两大类。各力作用线位于同一平面内的力系称为平面力系，各力作用线不在同一平面的力系称为空间力系。

图2-1

若两个力系分别作用于同一物体上，其效应完全相同，则称这两个力系为等效力系。

如果一个力与一个力系等效，则称此力为该力系的合力，而力系中的各力称为此合力的分力。用一个简单的等效力系（或一个力）代替一个复杂力系的过程称为力系的简化。力系的简化是静力学的基本问题之一。

三、平衡的概念

平衡是指物体相对于惯性参考系保持静止或做匀速直线运动。平衡是物体机械运动的一种特殊形式。在一般的工程技术问题中，常取地球作为惯性参考系。例如，静止在地面上的房屋、桥梁、水坝等建筑物，在直线轨道上做等速运动的火车，它们都在各种力系作用下处于平衡状态。使物体处于平衡状态的力系称为平衡力系。研究物体平衡时，作用在物体上的力系应该满足的条件是静力学的又一基本问题。

力系简化的目的之一是导出力系的平衡条件，而力系的平衡条件是设计结构、构件和机械零件时静力学计算的基础。