昆士兰大学土木工程静力学基础指南

非正式地说，静力学是研究没有运动的力。更正式地说，静力学是力学的一个分支，研究没有运动变化的力。与此相反，动力学研究的是力和运动;或者更正式地说，力学的一个分支是研究力对物体运动的影响。静力学意味着静止。动力学意味着变化。重要的变化是加速度。这篇文章为大家带来昆士兰大学土木工程静力学基础指南。

一、关于静力学

静力学似乎意味着静止不动，但事实并不一定如此。加速度才是关键。长时间静止不动是不加速的一种方式。长时间匀速直线移动是另一种方式。静止和匀速运动在物理上没有区别。地球正以难以想象的速度(250000 米/秒)忠实地跟随太阳穿越银河，但由于我们的加速度几乎为零(~10-10 米/秒2)，因此这种运动基本上是无法察觉的。当我们在运动的地球上静止时，我们感觉自己相对于整个宇宙都是静止的。

本书这一部分的目的是作为静力学问题的资料库。每个问题中的加速度在所有方向上都为零。只有本节是这样。这样做的目的是让你了解解决此类问题的过程，以便在以后出现此类问题时能够识别它们。

二、平衡

当物体上没有作用力时，它不会加速。这是牛顿运动定律的第一定律的一个结果。"静止的物体趋向于保持静止，而运动中的物体趋向于以恒定速度继续运动。" 这似乎暗示了当一个或多个力作用于物体时，它必须加速。然而，这并不完全正确，因为它忽视了该定律的最后一部分 — "除非被净外力迫使以其他方式行动"。

单一力会使物体加速。这很容易测试。扔东西，观察它加速。嗯，也许测试并不那么容易，因为我们似乎几乎把所有东西都扔在地球表面附近的空气中。这意味着阻力作为第二个力存在。没错，但我们可以考虑极端情况。当阻力很大时，自由落体加速度可能难以察觉。当阻力较小时，加速度是明显的。当它更小时，只会更加明显。将其推广到只有重力是作用在物体上的唯一力的点并不会使加速消失。它只会使它更加显而易见。

那么对于两个、三个或更多力的情况呢?这也很容易测试。坐在椅子上，站在地板上，或躺在床上。有两个作用在你身上的力(重力向下拉和法向力向上推)，但没有加速度。有几种描述这种情况的方式。

- 净力为零。

- 力平衡。

- 系统处于平衡状态。

- 系统处于静态平衡。

- 系统处于平动平衡。

让我们按顺序来处理这些情况。

1.净力为零。

这是我个人最喜欢的(也是我把它放在第一位的原因)，因为它与第一定律的陈述相关(这也是我把它放在第一位的原因)。短语 "净力" 中的 "净" 一词表示总、综合或整体。这是在考虑了所有因素后得出的结果。"净" 与 "整洁" 有关。找到净值有点像整理数学混乱(或至少减少混乱)。

一个坐在椅子上的人受到两个力的作用，它们的合力为零。它们合力为零，因为一个力是正的，一个力是负的。力是矢量 —— 它们具有方向和大小。描述方向的最简单方式是使用数学符号。作用在物体上的净力是所有分别作用在它上面的力的矢量和。这可以写成 ∑F 或 Fnet 或其他类似的方式。

2.力平衡。

当一个人坐在椅子上时，他们的重力被椅子的法向力平衡。在这种情况下，重力和法向力被称为平衡力，因为它们相等且方向相反。这有时会导致混淆，因为牛顿的第三定律说每个动作都有一个相等而相反的反作用力。所有的动作-反作用力对都是相等的，因为这是宇宙的工作方式。重力和法向力不是一个动作-反作用力对。如果这两个力在人身上相等，那只是因为人没有加速。

地球对人的引力和人对地球的引力是一个动作-反作用力对。这两个力作用在两个不同的物体上(人和地球)。这并不意味着重力是平衡力。椅子对人的法向力和人对椅子的法向力是另一组动作-反作用力对。同样，有两个作用在两个不同物体上(人和椅子)的力。这也不意味着法向力是平衡力。地球对人的引力和法向力对人的作用在同一个物体上(人)上，并结合在一起，使物体不加速。这些力是平衡的。

3.系统处于平衡状态。

一个坐在椅子上的人处于平衡状态。现在我们有一个正当的词汇来讨论。一个不加速的物体也可以说处于平衡状态。前缀 "equi-" 应该很容易识别，它是英语词 "equal" 的后缀形式，来源于拉丁词 "aequalis"。第二部分 "-librium" 来自拉丁词 "libra"，指的是一种天平 —— 通过比较使用两个盘来确定重量的装置。当你看到 "equilibrium" 这个词时，可以想到正义的天平。

海马课堂专业课程辅导，3500+严选硕博学霸师资，针对学生的薄弱科目和学校教学进度，匹配背景相符的导师，根据学生情况进行1V1专属备课，上课时间灵活安排，中英双语详细讲解课程中的考点、 难点问题，并提供多方位的课后辅导，辅助学生掌握全部课程知识，补足短板。