理论力学(静力学)-4-平面力偶系

发布于:2022-12-07 ⋅ 阅读:(319) ⋅ 点赞:(0)

力对刚体的作用效应使刚体的运动状态发生改变(包括移动和转动),其中力对刚体的移动效应可用力矢来度量;而力对刚体的转动效应可用力对点的矩(简称力矩)来度量,即力矩是度量力对刚体转动效应的物理量。

一. 力对点之矩

力对点之矩是一个代数量,他的绝对值等于力的大小与力臂的乘积,它的正负可按下法确定:力使物体绕矩心逆时针转向时为正,反之为负。

合力矩定理:平面汇交力系的合力对于平面内任一点之矩等于所有各分力对于该点之矩的代数和。

(1.我感觉这就是合力与分力之间的关系,合力使物体如何转动,分力同样使物体做相同的转动,此处的合力是高中所讲的合力,后边平面任意力系里面的合力是大学的合力,其实两者一样的,大学的合力考虑了转动

2.力F向xy轴投影,Fx和Fy就是力F的分力。。跟多的力是不作用在同一点的

二.平面力偶

1.力偶与力偶矩

两个大小相等方向相反不共线的平行力组成的力系,称为力偶。力偶的两力之间的垂直距离d称为力偶臂,力偶所在的平面称为力偶的作用面。

由于力偶不能合成为一个力,故力偶也不能用一个力来平衡。因此,力和力偶是静力学的两个基本要素。

力偶是由两个力组成的特殊力系,它的作用只改变物体的转动状态。因此,力偶对物体的转动效应,可用力偶矩来度量,而力偶矩的大小为力偶中的两个力对其作用面内某点的矩的代数和,其值等于力与力偶臂的乘积即Fd,与矩心的位置无关。

(与矩心位置无关,我的理解是把力矩拆开成两个力对点之矩来看,证明如下图)

 力偶在平面内的转向不同,其作用效应也不相同。因此,平面力偶对物体的作用效应,由以下两个因素决定:力偶矩的大小和力偶在作用面内的转向。

于是可得到以下结论:力偶矩是一个代数量,其绝对值等于力的大小与力偶臂的乘积,正负号表示力偶的转向:一般以逆时针转向为正,反之则为负。力偶的单位与力矩相同为N*m

2.同平面内力偶的等效定理

由于力偶的作用只改变物体的转动状态,而力偶对物体的转动效应是用力偶矩来度量的,因此可得如下定理。

定理:在同一平面内的两个力偶,如果力偶矩相等,则两个力偶彼此等效

该定理给出了同一平面内力偶等效的条件。由此可得推论:

(1)任一力偶可以在它的作用平面内任意移转,而不改变它对刚体的作用。因此,力偶对刚体的作用与力偶在其作用面内的位置无关

(2)只要保持力偶矩的大小和力偶的转向不变,可以同时改变力偶中力的大小和力偶臂的长短,而不改变力偶对刚体的作用

由此可见,力偶的臂和力的大小都不是力偶的特征量,只有力偶矩是平面力偶作用的唯一度量

3.平面力偶系的合成和平衡条件

(1)平面力偶系的合成

在同平面内的任意个力偶可合成为一个合力偶,合力偶矩等于各个力偶矩的代数和

(2)平面力偶系的平衡条件

平面力偶系平衡的充分必要条件是:所有各力偶矩的代数和等于零

力偶

1.力偶是力系,但不是平衡力系。(平面汇交力系和平面力偶系)

2.力偶没有合力,不能用一个力来等效替换,也不能用一个力来平衡,力偶只能用力偶来平衡

3.力偶和力一样是静力学中的一个基本要素

力:矢量,有大小、方向和作用点

力偶矩:代数量,有大小,方向是关于转动的正负号,与矩心的位置无关

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