第一章　靜力學基礎

第一節　剛體和力的概念

一、剛體

所謂剛體,就是在任何情況下永遠不變形的物體。這一點表現為在力的作用下剛體內任意兩點的距離始終保持不變。永遠不變形的物體是不存在的,剛體只是一個為了研究方便而把實際物體抽象化后得到的理想化力學模型。當物體在受力后變形很小,對研究物體的平衡問題不起主要作用時,其變形可忽略不計,這樣可使問題的研究大為簡化。

在靜力學中研究的對象主要是剛體,因此有時靜力學又稱為剛體靜力學。

二、力

力是人們在長期的生活和生產實踐中從感性到理性逐步形成的。力是物體間相互的機械作用,這種作用使物體的機械運動狀態發生變化,包括變形。理論力學不探究力的物理來源,而僅研究力的表現,即力對物體作用的效應。力對物體作用的效應一般可分為兩個方面:一是改變了物體的運動狀態;二是改變了物體的形狀。前者稱為力的外效應或運動效應,后者稱為力的內效應或變形效應。理論力學的研究對象主要是剛體,故只研究力的外效應、即運動效應。力的變形效應將在后續課程如材料力學中研究。

圖1-1

力的作用方式有兩種:一是通過物體之間的直接接觸發生作用,如人手推車,兩物體直接發生碰撞等;二是通過場的形式發生作用,如地球以重力場使物體受到重力的作用,磁場產生的磁力等。

實踐表明,力對物體的作用效果決定于三個要素:力的大小、力的方向、力的作用點。由此可見,力是矢量,如圖1-1所示。矢量的長度表示力的大小(按一定的比例尺),矢量的方位和箭頭的指向表示力的方向。矢量的起點或終點表示力的作用點,而與矢量重合的直線表示力的作用線。

本書中用黑體字母F表示力矢量,而用普通字母F表示力的大小。

力的單位在國際單位制(SI)中,是牛[頓](N)或千牛[頓](kN)。