第一章　静力学基础

第一节　刚体和力的概念

一、刚体

所谓刚体,就是在任何情况下永远不变形的物体。这一点表现为在力的作用下刚体内任意两点的距离始终保持不变。永远不变形的物体是不存在的,刚体只是一个为了研究方便而把实际物体抽象化后得到的理想化力学模型。当物体在受力后变形很小,对研究物体的平衡问题不起主要作用时,其变形可忽略不计,这样可使问题的研究大为简化。

在静力学中研究的对象主要是刚体,因此有时静力学又称为刚体静力学。

二、力

力是人们在长期的生活和生产实践中从感性到理性逐步形成的。力是物体间相互的机械作用,这种作用使物体的机械运动状态发生变化,包括变形。理论力学不探究力的物理来源,而仅研究力的表现,即力对物体作用的效应。力对物体作用的效应一般可分为两个方面:一是改变了物体的运动状态;二是改变了物体的形状。前者称为力的外效应或运动效应,后者称为力的内效应或变形效应。理论力学的研究对象主要是刚体,故只研究力的外效应、即运动效应。力的变形效应将在后续课程如材料力学中研究。

图1-1

力的作用方式有两种:一是通过物体之间的直接接触发生作用,如人手推车,两物体直接发生碰撞等;二是通过场的形式发生作用,如地球以重力场使物体受到重力的作用,磁场产生的磁力等。

实践表明,力对物体的作用效果决定于三个要素:力的大小、力的方向、力的作用点。由此可见,力是矢量,如图1-1所示。矢量的长度表示力的大小(按一定的比例尺),矢量的方位和箭头的指向表示力的方向。矢量的起点或终点表示力的作用点,而与矢量重合的直线表示力的作用线。

本书中用黑体字母F表示力矢量,而用普通字母F表示力的大小。

力的单位在国际单位制(SI)中,是牛[顿](N)或千牛[顿](kN)。