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緒論
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力的基本概念
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定義
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固體力學
研究範圍
- 靜力學
- 研究受力而靜止之物體,其平衡條件及關係
- 動力學
- 運動學
- 研究運動幾何學,即空間與時間的關係
- 力動學
- 研究物體之受力與運動之關係
- 材料力學
- 研究彈性固體受外力所產生之應力與變形效應
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力
- 定義
- 力效應
- 外效應
- 改變物體的運動狀態
- 或引起其他物體對此物體產生反力
- 動力學
- 靜力學
- 內效應
- 使物體發生變形而使物體內部抵抗外力而產生應力
- 材料力學
- 力學模式
- 質點
- 物體之尺寸遠小運動範圍,且忽略其轉動運動
- 剛體
- 物體內任兩點間的距離,受力前後恆保持不變
- 力學三要素
- 大小
- 方向
- 作用點
- 定理
- 力的可傳性原理
(principle of transmissibility)
- 一力之作用點可沿其作用線任意移動,而不會改變其外效應
- 分類
- 力分類
- 超距力(徹體力)
(body force)
- 不互相接觸之物體間所產生之作用力
- 如:重力、磁力、靜電力
- 接觸力
(contact force)
- 兩物體由於互相接觸所產生之作用力
- 如:推力、正向力丶摩擦力、彈力
- 內外力
- 外力
- 物體所受之力來自於外界
- 內力
- 物體受外力作用時,其內部相應所生各部份彼此間之作用力
- 其中
- 內力成對,等大反向
- 性質
- 力單位
- 1N=1kg X 1m/s^2
- 1lb=1slug X 1ft/s^2
- 量
- 導出量
- 以基本量表示的其它物理量,。如速度以每單位時間之長度表示,體積以長度的立方表示
- 基本量
- 質量(力)、長度及時間
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定理
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牛頓三大運動定律
- 慣性定律
- 物體不受外力或合外力爲零時,
靜者恆靜,動者恆作等速度運動
- 運動定律
- 物體所受外力合力不為零時,必在合力方向產生一加速度。
F=ma
- 反作用力定律
- 對任一作用力,必有一相對之反作用力,其大小相等方向相反。
- 其中
- 因作用不同的物體上,故不能抵消
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萬有引力定律
- 任兩質點間必有引力存在
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向量
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定義
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純量
- 僅有大小而無方向之量
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向量
- 具有大小及方向之量
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分類
- 固定向量
- 具有大小、方向及固定之作用點
- 內效應分析時,必須將外力視爲固定向量
- 滑動向量
- 具有大小、方向及固定之作用線
- 外效應分析時,可將外力視為滑向量
- 力的可傳性原理
- 自由向量
- 具有大小及方向之向量
- 力偶矩(力學中唯一一個自由向量)
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單位向量
- 長度分之向量
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投影量
- 長度分之內積
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運算
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向量加法
- 三角形法
- 平行四邊形法
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向量分解
direction cosine
- 二維
- 分解成兩垂直向量
- x=vcosθ
- y=vsinθ
- 三維
- 方向餘弦
- x=vcosα
- y=vcosβ
- z=vcosγ
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向量內積
- 四個
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向量外積
- 求誰蓋住誰,中間項變號
- 單位向量外積後的正負?
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力的合成與分解
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邊角關係
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正弦定理
- 已知一對應邊及其對應角
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餘弦定理
- 已知兩邊及其夾角
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兩力合成
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大小
- 注意餘弦正負號
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方向
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其中
- α=兩向量原點夾角
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力的分解
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二維
- 分解成兩垂直向量
- Fx=Fcosθ
- Fy=Fsinθ
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三維
- 方向餘弦
- Fx=Fcosα
- Fx=Fcosβ
- Fz=Fcosγ