1理論力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容理論力學(xué)是研究物體宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)的

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1、1理論力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容理論力學(xué)是研究物體宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)的1.理論力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容理論力學(xué)是研究物體宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)的學(xué)科。力學(xué)的發(fā)展有著悠久的歷史，而且與人類(lèi)的生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)。1678年，牛頓發(fā)表了名著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，在前人研究的基礎(chǔ)上,牛頓總結(jié)出了運(yùn)動(dòng)三大定律和萬(wàn)有引力定律，奠定了經(jīng)典力學(xué)的科學(xué)基礎(chǔ)。18世紀(jì)，機(jī)械工業(yè)有了很大發(fā)展，日益復(fù)朵的機(jī)械運(yùn)動(dòng)與受力分析要求新的力學(xué)方法。1788年，拉格朗日發(fā)表了名著《分析力學(xué)》，建立了約束系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的理論與方法，即經(jīng)典力學(xué)的分析力學(xué)體系。20世紀(jì)中葉以后，由于機(jī)器人等復(fù)朵機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng)用、航天技術(shù)的發(fā)展、

2、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的出現(xiàn)，以及計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，形成了許多研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)的新學(xué)科，如多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、計(jì)算動(dòng)力學(xué)等。盡管如此，經(jīng)典力學(xué)在解決現(xiàn)代科技和工程問(wèn)題中仍然起著重耍作用。本課程研究的內(nèi)容是速度遠(yuǎn)小丁光速的宏觀物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)是日常生活及一般工程中最常遇到的，經(jīng)典力學(xué)有著最廣泛的應(yīng)用。理論力學(xué)所研究的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的最一般、最普遍的規(guī)律是各門(mén)力學(xué)分支的基礎(chǔ)。課程內(nèi)容包括靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三部分。靜力學(xué)主要研究受力物體平衡時(shí)作用力所應(yīng)滿足的條件，同時(shí)研究力系簡(jiǎn)化的方法，以及物體的受力分析等。運(yùn)動(dòng)學(xué)只從幾何的角度研究物體的運(yùn)動(dòng)（如軌跡、速度和加速度等）,而不

3、研究引起物體運(yùn)動(dòng)的物理原因。動(dòng)力學(xué)研究受力物體的運(yùn)動(dòng)與作用力之間的關(guān)系。2.理論力學(xué)的研究方法理論力學(xué)的研究途徑可分為建立理論體系和理論的工程應(yīng)用兩個(gè)方面。通過(guò)觀察生活和生產(chǎn)實(shí)踐中的各種現(xiàn)象，進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)分析、綜合和歸納，總結(jié)出力學(xué)的最基本規(guī)律。如伽利略對(duì)自由落體和物體在斜而上的運(yùn)動(dòng)做了多次試驗(yàn)，從而推翻了統(tǒng)治多年的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，引出“加速度”的概念。在對(duì)事物觀察和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)抽象化建立概念和力學(xué)模型，以公理為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)邏輯推理和數(shù)學(xué)演繹，建立系統(tǒng)的理論體系。力學(xué)理論的工程應(yīng)用涉及綜合的知識(shí)及科學(xué)方法，讀者在課程學(xué)習(xí)中可逐步體會(huì)。1.學(xué)習(xí)理論力學(xué)的目

4、的理論力學(xué)是學(xué)習(xí)一系列后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)。很多工程專(zhuān)業(yè)的課程，如材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、流體力學(xué)、振動(dòng)理論、斷裂力學(xué)以及許多專(zhuān)業(yè)課程，都要以理論力學(xué)為基礎(chǔ)。工程專(zhuān)業(yè)所遇到的機(jī)械運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，有些可以直接應(yīng)用理論力學(xué)的基本理論來(lái)解決。理論力學(xué)是一門(mén)演繹性較強(qiáng)的課程，對(duì)于邏輯思維訓(xùn)練非常有益。理論力學(xué)研究的機(jī)械運(yùn)動(dòng)廣泛存在于LI常生活和工程實(shí)際屮，學(xué)習(xí)理論力學(xué)吋還應(yīng)善于聯(lián)系實(shí)際，多作分析和訓(xùn)練，培養(yǎng)靈活應(yīng)用知識(shí)的能力。靜力學(xué)的任務(wù)是研究力系的簡(jiǎn)化與平衡條件。力系是指作用在物體上的一組力。平衡是指物體相對(duì)慣性參考系保持靜止或作勻速肓線運(yùn)動(dòng)。靜

5、止、運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)某一參考系而言的。力系的簡(jiǎn)化是指用一個(gè)簡(jiǎn)單力系等效地替換一個(gè)復(fù)雜力系，同時(shí)保持對(duì)物體的作用不變。此兩力系互為等效力系。平衡條件指在物體平衡時(shí)作用于物體上的力系所應(yīng)滿足的條件。力系簡(jiǎn)化是靜力學(xué)中尋找力系平衡條件的簡(jiǎn)潔途徑，同吋，在動(dòng)力學(xué)中，當(dāng)研究在給定力系作用下物體如何運(yùn)動(dòng)時(shí)，力系簡(jiǎn)化同樣重要。力系的平衡條件可用于計(jì)算結(jié)構(gòu)物在載荷作用下的內(nèi)力或所受的支承力，以便為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，因而在工程上應(yīng)用廣泛。在靜力學(xué)中，將研究的物體視為剛體，剛體是指在力作用下不變形的物體，是一種理想化的模型。剛體是一種特殊的質(zhì)點(diǎn)系，其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的距離保持不變。實(shí)際

6、物體都有變形，是變形體，通常結(jié)構(gòu)物各部件的變形很小，在研究某些問(wèn)題時(shí)，可以忽略這些微小的變形而把物體看成剛體。靜力學(xué)的研究對(duì)象主要是剛體。力是物體間相互的機(jī)械作用，這種作用使物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化或使物體產(chǎn)生變形。前者稱(chēng)為力的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)或外效應(yīng)，后者稱(chēng)為力的變形效應(yīng)或內(nèi)效應(yīng)。實(shí)踐表明，力對(duì)物體的作用效果決定于三個(gè)要素：①力的大??；②力的方向；③力的作用點(diǎn)。力的三要素表明，力是一個(gè)具有固定作用點(diǎn)的定位矢量。常用黑體字母F表示力矢量，而用普通字母F表示力的大小。在國(guó)際單位制中，力的單位是牛［頓］,符號(hào)是N。學(xué)習(xí)靜力學(xué)時(shí)，一方面要鞏固與深化這些概念，更重要的另一

7、方面是掌握新的理論與方法。靜力學(xué)的基本概念、公理及物體的受力分析是研究靜力學(xué)的基礎(chǔ)。本章將介紹力、力矩和力偶的概念及靜力學(xué)公理，并闡述工程中常見(jiàn)的約束和約束力的分析。最后介紹物體的受力分析及受力圖，它是解決力學(xué)問(wèn)題的重要環(huán)節(jié)。1.1靜力學(xué)公理公理是人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)實(shí)踐屮長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，又經(jīng)過(guò)實(shí)踐反復(fù)檢驗(yàn)，被確認(rèn)是符合客觀實(shí)際的故普遍、故一般的規(guī)律。公理1力的平行四邊形法則作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合力。合力的作用點(diǎn)也在該點(diǎn)，合力的大小和方向，由這兩個(gè)力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線確定，如圖11所示?；蛘哒f(shuō)，合力矢等于這兩個(gè)力矢的兒何和，即

8、FR二Fl+F2(l1)這個(gè)公理是復(fù)雜力系簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)