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静力学 · 力的平衡

不动之物的力学

用眼睛看力与力矩如何平衡,把结构稳稳撑住。

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01力是向量,可分解为分量
带大小和方向的箭头,Fx = F cosθ,Fy = F sinθ,合成与单位向量
#斜拉索#风荷#攻岩绳
02多个力汇成一个合力
首尾相接与平行四边形,由 ΣFx·ΣFy 得 R = √(ΣFx² + ΣFy²),分解是合成的逆
#拔河#拖船#帆风
03质点的平衡是合力为零
一点的合力为零,闭合多边形,ΣFx=0·ΣFy=0,平衡力与缆索张力
#交通信号灯#悬挂招牌#锚环
04力矩是转动的倾向,M = F × 垂直距离
M = F d,力臂(垂直距离),符号 逆+/顺-,力矩合 ΣM 与跷跷板
#扳手#跷跷板#门把手
05力偶是大小相等方向相反的两个力,纯转动
合力为零但力矩留存,M = F d(间距),与基准点无关的自由力矩,力-力偶系
#方向盘#水龙头#螺丝刀拧动
06刚体平衡:合力为零,合力矩也为零
平移与转动都为零,平面三方程 ΣFx·ΣFy·ΣM=0,求反力,静定与超静定
#搁板托架#阳台#桥梁支座
07自由体图把物体取出,画上所有的力
隔离物体,支承=反力,销/滚轴/固定的反力数,完整FBD,解题的起点
#梯子#起重臂#桥梁销支座
08节点法: 逐个节点求解桁架
二力杆,受拉/受压符号,节点=质点 ΣFx·ΣFy=0,三角桁架求解,零力杆
#桥梁桁架#屋顶桁架#输电铁塔
09截面法: 一刀切开,直接求解某根杆
截面切开露出杆,一侧作刚体FBD,ΣM取矩中心技巧,求杆力,截面法与节点法对比
#铁路桥#体育场屋顶#悬臂桁架
10框架与机械: 在销处拆开求解
多力杆,在销处拆开,销的作用-反作用对,梁-斜撑框架求解,机械的机械效益
#钳子#挖掘机臂#折叠梯
11分布荷载: 用一个合力代替
分布荷载强度w,合力=面积·作用点=形心,均布W=wL@中点,三角W=½w0L@2/3,梁反力
#屋顶积雪#书架重量#大坝水压
12形心: 形状的平衡点
形心=平衡点·面积平均,在对称轴上,x̄ = ΣAx/ΣA 加权平均,组合图形拆分,标准形状形心
#手指平衡#起重机配重#船舶重心
13截面二次矩: 面积离轴有多远
I = ∫y²dA 按距离平方加权,矩形 bh³/12,平行轴 I_c + Ad²,方向效应,工字梁
#工字钢#弯尺#楼板搁栅
14摩擦: 抵抗滑动、自我调节的力
摩擦是自我调节阻力 F ≤ μs N,将滑 μs N,动 μk N,斜面 tan θ = μs,摩擦角 φ
#湿滑斜坡#汽车刹车#靠墙梯子
15内力: 切开梁,看看它内部承受什么
切断露出内力 N、V、M,从一侧FBD读出,剪力图,弯矩图,dM/dx = V 故 M 在 V=0 处达峰
#桥梁主梁#楼面梁#悬臂阳台
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