目錄TOC\o"1-2"\h\u1117第一節(jié)力和運動、力的平衡 128918一、牛頓定律 17778二、力的平衡 129993第二節(jié)力的三要素、力的合成和分解 2第一節(jié)力和運動、力的平衡任何機械設備都是通過特定零部件的有規(guī)則運動來完成其作業(yè)的。產(chǎn)生物體運動的最基本因素就是“力”的作用。偉大的物理學家牛頓受到蘋果落地的啟發(fā)，為人類揭開了重力即地球引力的奧秘，并發(fā)現(xiàn)和提出了著名的三大定律。其中“牛頓第一定律”即慣性定律，“牛頓第二定律”即動量定律，奠定了物理學中力學、運動學、動力學的基礎(chǔ)。一、牛頓定律1．牛頓第一定律的含義是：任何物體都具有保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)的特性，直到有外力影響改變這種狀態(tài)為止。這是對物體在理想狀態(tài)下的描述，任何物體始終處于受力狀態(tài)，地球上的任何物體都受到重力作用，重力的大小因物體密度而異，這就是重量。手提物品失手或物體離開支持面后均會以越來越快的速度墜落，這是重力改變了物體的靜止狀態(tài)，如施工現(xiàn)場腳手架等高空不慎掉下的材料、工具、雜物。2．牛頓第二定律科學地闡說了力和運動的關(guān)系，任何物體在外力作用下會改變原有的靜止或勻速直線運動狀態(tài)。如汽車及升降機的起步在發(fā)動機或電動機的牽引力作用下，從零速度到穩(wěn)定的恒速度有一個加速過程，我們把單位時間（每秒）里速度的增量稱為“加速度”；同樣在制動器的制阻力作用下，汽車及升降機會逐步減速，由恒定速度到零速度有一個減速過程，我們把單位時間（每秒）里速度的減量稱為“負加速度”。牛頓第二定律的含義是：物體在運動中產(chǎn)生的加速度（負加速度），和引起該加速度的外力大小成正比，和物體的質(zhì)量成反比。用公式表示為：或F=ma；其中a為加速度、F為外力、m為質(zhì)量二、力的平衡牛頓第一、第二定律分別解釋了物體在理想狀態(tài)及受外力作用時的運動狀態(tài)。在現(xiàn)實生活中我們經(jīng)常接觸到的物體即使處在受力情況下，仍保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，這種普遍的現(xiàn)象是力平衡的結(jié)果。例如圖1-1汽車起步后以某檔速度行駛，發(fā)動機的牽引力僅僅克服了汽車自重及所載人員物品總重引起的車輪與路面間摩擦力、各傳動部分的內(nèi)部摩擦力，因此汽車處于力的平衡狀態(tài)，不會產(chǎn)生加速度而以恒定速度運動；汽車及其載重由路面的支撐力平衡，可用公式表示：T=f1+f2；W=P1+P2。同樣道理，如圖1-2高處作業(yè)吊籃，啟動后進入勻速提升狀態(tài)時，左右鋼絲繩拉力F1、F2克服升降部分自重及載荷總和G、左右提升機摩擦力f1、f2后也處于平衡狀態(tài)，不會產(chǎn)生加速度。用公式表示為：F=F1+F2=G+f1+f2。圖1-2圖1-2圖1-1從以上討論力的平衡可以發(fā)現(xiàn)，外力作用下二個相互接觸的物體，包括機械設備中二個連接的零件，都存在有一對大小相等、方向相反的力，我們稱為作用力和反作用力如汽車輪胎和地面的接觸點；吊籃平臺吊點的連接點等。反作用力始終隨著作用力大小的變化而變化，如果吊籃平臺內(nèi)所載物料增大或減少時，則鋼絲繩的拉力也隨之增大或減少。內(nèi)力：以上所述是任何物體在外力平衡下的情形。對同一物體來說，受外力的同時，其內(nèi)部也會產(chǎn)生“力”的變化，這種物體內(nèi)部的“力”稱為內(nèi)力。內(nèi)力處于平衡狀態(tài)時，物體不會變形、破壞。當外力超過物體材料的強度極限時，內(nèi)力即失去平衡發(fā)生變形破壞，如圖1-3所示。圖1-3綜合上述，失去力的平衡后會有二種結(jié)果，一種是機械設備的起動或制動時，產(chǎn)生加速度或負加速度；另一種是零件和材料的破環(huán)導致事故。第二節(jié)力的三要素、力的合成和分解1．力的三要素：物體受到外力作用后的結(jié)果，取決于力的三個要素即力的大小、方向和作用點。任何一個要素的改變都會改變對物體的影響。例如在井架物料提升機中，載荷的大小就是物料重力的大?。患荏w根部的地腳滑輪就是為了改變鋼絲繩拉力的方向，得以將卷揚機的水平牽引力變成了垂直方向的提升力；在井架使用中，要求在吊籃中均勻放置物料，實際上就是在調(diào)整物體重力對籃體的作用點。由于力的三個要素，使“力”這個物理量不能用簡單的加、減法來計算（如數(shù)量的正負值），必須借用圖解方法來完成。圖1-42．力的合成和分解：凡二個及二個以上已知的力，通過圖解方法求出其合力的過程稱為力的合成；反之，將某一個力按已知條件，通過圖解方法求出各分力的過程稱為力的分解。力的合成與分解均可采用平行四邊形法則來進行。如圖1-5（a），已知力的表示方法如圖1-4所示。圖1-4由于力具有方向性，故稱“力”這樣的物理量為矢量二個分力A、B，由于大小和方向都已確定，則通過代表該二分力的矢量可畫出平行四邊形，那么平行四邊形的對角線C就表示其作用點合力的大小及方向。如圖1-5（b），已知合力C*和其中一個分力A*的大力、方向，即可以C*為對角線畫出平行四邊形，該平行四邊形的另一邊B*就表示另一個分力的大小及方向。從圖中可以看出，由于受方向的影響，合力的絕對數(shù)值不一定大于分力，這是矢量的一個特征。圖1-53．力矩和力偶：在工程現(xiàn)場、機械設備等生產(chǎn)實踐活動中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)外力的作用點和構(gòu)件的支撐點并不在同一個接觸點。當外力作用點距物體（如機械中某一構(gòu)件）的支撐點，在垂直于力的方向上存在一定距離時，該構(gòu)件會產(chǎn)生彎曲的傾向。我們把作用力和相應距離圖1-6圖1-7的乘積稱為“力矩”。利用力矩平衡的原理，在起重作業(yè)中可以使用杠桿（撬棒）搬動中重物如圖1-6所示。在工程和力學范疇中，引起彎曲傾向的力矩稱為彎矩。圖1-7所示，吊籃懸掛機構(gòu)吊點處負荷G，對前支架支撐點有一段距離，在主梁不同距離處就會生各不相等的彎矩。后支架配重合力Q，對前支架支撐點也有一段距離，產(chǎn)生的平衡力矩就是抗傾覆力矩。在日常生活和生產(chǎn)實踐中，經(jīng)常會碰到旋轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)的物體、零件等，受到一對相反方向又拉開一定距離的外力作用，這對力稱為“力偶”。圖1-8中是常見的扳手擰螺母情形，當有擰動力P施加于扳手時，六角螺母緊貼扳手的兩邊就會產(chǎn)生一對力偶，間距d基本上