力的基本性质由静力学公理来说明。静力学公理是人类在长期的生活和生产实践中总结出来的规律,它是整个静力学的基础,反映了力所遵循的客观规律,是进行构件受力分析、研究力系简化和力系平衡的理论依据。
1.二力平衡公理
二力平衡公理:作用于刚体上的两个力,使刚体处于平衡状态的充分和必要条件是这两个力的大小相等、方向相反,而且作用在同一直线上,如图1-4所示。
二力平衡公理适用于刚体,对于变形体则不完全适用。例如,图1-5中的软绳,在一对等值反向的拉力作用下可以平衡[见图1-5(a)],但如果软绳受一对等值反向的压力作用时,则不能平衡[见图1-5(b)]。
图1-4 二力平衡公理
图1-5 软绳的受力及平衡状态分析
在两个力作用下处于平衡状态的构件,称为二力构件(或二力杆)。二力构件在工程上很常见,它的受力特点是:两个力的作用线必在两个力作用点的连线上且等值、反向。例如,图1-6所示支架中的BC杆,如果忽略其自重,即为二力构件(或二力杆)。
2.加减平衡力系公理
加减平衡力系公理:在作用于刚体上的任一力系中,加上或减去一个平衡力系,不改变原力系对刚体的作用效果。
利用加减平衡力系公理可以推导出力的可传性原理,即作用于刚体上的力,可沿其作用线移至刚体上任一点而不改变其对刚体的作用效果。
例如,假设刚体上A点作用一力F,如图1-7(a)所示,如果在力F的作用线上任取一点B,在B点加一平衡力系(F1、F2),使F1=-F2=F,如图1-7(b)所示。根据加减平衡力系公理,这样做并不改变原力对刚体的作用效果。此时,F2与F组成一对平衡力系,根据二力平衡公理,将其从力系中减去,即可证明力的可传性。
图1-6 支架
图1-7 推导力的可传性(www.daowen.com)
根据力的可传性,作用于刚体上的力的三要素可表述为:力的大小、方向、作用线,可不再强调力的作用点。但应特别注意,力的可传性原理只适用于刚体,而不适用于变形体。
例如,在生活中用小车(见图1-8)运送物品时,无论在车后A点用力F推车,还是在车前同一直线上的B点用力F拉车,它们的作用效果是一样的。
图1-8 力的可传性应用
3.力的平行四边形法则
力的平行四边形法则:在作用于刚体上同一点的两个力,可以合成为一个力,合力的作用点仍在该点,合力的大小和方向由此二力为邻边所作平行四边形的对角线来确定,如图1-9所示。
图1-9 力的平行四边形法则
力的合成既可利用力的平行四边形法则求得,也可利用力的三角形法则求得。
推论:如图1-10所示,如果刚体受到同一平面内互不平行的三个力作用而平衡时,则该三力的作用线必汇交于一点,此定理称为三力平衡汇交定理。
4.作用与反作用公理
作用与反作用公理:两个物体间相互作用的力,总是大小相等、方向相反、沿同一直线,分别作用在两个物体上。
作用与反作用公理说明,力总是成对出现的,有作用力就有反作用力,二者永远是同时存在,又同时消失。例如,如图1-11所示,在车削加工时,就存在作用力与反作用力。需要注意的是,作用力与反作用力分别作用在两个物体上,不能说成是一对平衡力。
图1-10 三力平衡汇交定理
图1-11 车削加工中的作用力与反作用力
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。