力学基础知识

起重机械指挥人员专业基础知识之力的概念

一、力的概念

人们在日常生活中用手推车或用手提水，就会使手臂的肌肉收缩，人们感到在用“劲”，而使车子前进或水被提携起来，则逐步产生了“力”的概念。

所谓力，就是物体间的相互机械作用，而这种机械作用使物体的运动状态发生了改变或使物体产生变形。这种物体间的相互机械作用就叫作力。物体间的相互机械作用有两种：即直接作用(如人用手推车)和间接作用(如地心对地球上各种物体的引力作用等)。

1.力的三要素：力的大小、方向和力的作用点称为力的三要素。三要素中任何一种之改变都将会改变力对物体的作用效果。

2.力的单位工程上常用单位为公斤力(kgf)吨力(tf)，而国际单位为牛顿(N)。它们之间的关系为：

二、重力和重心

1.重力和重量在地面附近的物体，都受到地球对它的作用力，其方向垂直向下(指向地心)，这种作用力叫做重力。而重力的大小则称为该物体的重量。

2.重心物体的重心，就是物体上各个部分重力的合力作用点。不论怎样放置，物体重心的位置是固定不变的。

3.物体重心的确定方法

(1)对于具有简单几何形状，材质均匀分布的物体，其物体重心就是该几何体的几何中心。如球形体的重心即为球心；圆形薄板的重心在其中分面的圆心上；三角形薄板的重心在其中分面三条中线的交点上；圆柱体的重心在轴线的中点上等等。

(2)形状复杂、材质均匀分布的物体，可以把它分解为若干个简单几何体，确定各个部分的重量及其重心位置坐标，然后用下式计算整个物体的重心坐标值：

式中Gi—各个简单几何体的重量；

Xi，Yi——各个简单几何体重心的坐标值；

G—物体的总重量。

(3)物体重心的实测法对于材质不均匀又不规则几何形体的重心，可用悬吊法求得重心位置，如图21-1所示。先选A点为吊点将物体吊起，待物体重力作用线I-I，再旋转任一角度选B为吊点亦把物体吊起，得物体重力线Ⅱ一Ⅱ，I-I与Ⅱ一Ⅱ两线的交点C，即为整个物体的重心位置。

图2.1-1物体重心的实测法简图三、物体重量的计算

物体的重量是由物体的体积和它本身的材料比重所决定的。为了正确的计算物体的重量，必须掌握物体体积的计算方法和各种材料比重等有关资料。

1.长度的量度工程上常用长度基本单位是毫米(mm)、厘米(cm)和米(m)。它们之间的换算关系是

1m=100cm=1000mm

2.面积的计算物体体积的大小与它本身横截面积的大小成正比。

表2-1平面几何图形面积计算公式表

3.物体体积的计算物体的体积大体可分两类：即具有标准几何形体的和由若干规则几何体组成的复杂形体两种。

对于简单规则的几何形体的体积计算可直接由表2-2中的计算公式查取，对于复杂的物体体积，可将其分解成数个规则的或近似的几何形体，查表2-2按相应计算公式计算并求其体积的总和。

表2-2各种几何图形体积计算公式表

4.材料的密度(ρ)计算计算物体的重量时，必须知道物体材料的密度。所谓密度就是指某种物体对于简单规则的几何形体的体积计算可直接由表2-2中的计算公式查取，对于复杂的物体体积，可将其分解成数个规则的或近似的几何形体，查表2-2按相应计算公式计算并求其体积的总和。

表2-2各种几何图形体积计算公式表

4.材料的密度(ρ)计算计算物体的重量时，必须知道物体材料的密度。所谓密度就是指某种物体物质材料的单位体积所具有的质量，表2-3列出了几种常用材料的密度。水的密度为1t/m3。

材料密度的单位是g/cm3。

对于散粒物料，采用堆密度，亦列于表2--3中。

5.物体重量的计算物体的重量等于构成该物体材料的密度与物体体积的乘积，其表达式为：

6.计算实例

例2-1：试计算一块钢板的重量，该钢板长5m，宽3m，厚度为50mm。

解：计算体积时应首先统一计量单位，将所有尺寸均化成以米计算。50mm即为0.05m，查表2-3得到钢的密度为7.85t/m3，按表2—2长方体计算公式:

例2-2试计算Φ660mm的铸铁卷筒毛坯的重量。卷筒的内外径分别为：D内=600mm，D外=660mm，ι=1500mm。

解：查表2-3得铸铁比重为7.5tf/m3，统一计量单位D内=600mm=0.6m，

D外=660mm=0.66m，ι=1500mm=1.5m。