1.1 静力学的基本概念——刚体和力

在静力学中，经常用到刚体和力这两个基本概念，下面分别加以阐述。

1.刚体的概念

所谓刚体是在力的作用下，保持形状和大小不变的物体。这是一个理想化的力学模型。实际物体在力的作用下，都会产生程度不同的变形。但是，这些微小的变形，对研究物体的平衡问题不起主要作用，可以略去不计，这样可使问题的研究大为简化。这种撇开次要矛盾，抓住主要矛盾的作法是科学的抽象。但是，不应该把刚体的概念绝对化。例如，在研究飞机的平衡问题或飞行规律时，我们可以把飞机看作刚体；可是在研究飞机的颤振问题时，机翼等的变形虽然非常微小，但必须把飞机看作弹性体；又例如，在计算某些工程结构时，如果不考虑它们的变形，而仍使用刚体的概念，则问题将成为不可解的。

2.力的概念

力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体的机械运动状态发生变化，并使物体变形。

力的概念是从劳动中产生的，是人们在生活和生产中通过反复的观察、实验和分析而逐渐形成的。用手推小车，小车由静止开始移动；受到地球引力作用，自高空落下的物体，速度越来越快；锻压加工时，工件受到锻锤的打击而产生变形；挑扁担时肩膀感觉受到压力的作用，同时扁担也变弯了等等。

由上可知，物体受力后产生两种效应：

①力改变物体的机械运动状态（称为力的运动效应或外效应）。原来静止的物体，在力的作用下将由静止开始运动，如机床的启动、汽车开动；行驶的汽车刹车时，靠摩擦力使它停止下来。

有时几个力作用在物体上，并不改变客观存在的运动状态，这是因为作用在物体上的这些力互相平衡，它们的运动效果互相抵消的缘故。

②力使物体产生变形（称力的变形效应或内效应）。如弹簧受力会伸长，起重机横梁在起吊重物时会产生弯曲变形。

应当指出，既然力是物体间相互的机械作用，因此力不能脱离物体而存在。力虽然看不见，但它的作用效应完全可以通过直接观察，或用仪器测量出来。实际上，人们也正是从力的作用效应来认识力本身的。

实践表明，力对物体的作用效果取决于三个要素：力的大小、力的方向、力的作用点。只要其中的任何一个要素改变，该力对物体的作用效应就要改变。

力是矢量，可记作F。如图1-1中的F是用一个带箭头的有向线段AB来同时表示力的三个要素，也就是：

①力的大小 表示物体的机械作用的强弱。用线段AB的长度按一定的比例表示。在国际单位制中，以“牛[顿]”作为力的单位，记作N。有时也以“千牛[顿]”作为单位，记为kN，1kN=103N。

②力的方向 表示物体的机械作用具有方向性。力的方向包括力的作用线在空间的方位和力沿作用线的指向，用箭头表示力的方向。

③力的作用点 作用点是力作用在物体上的部位。如果力

作用的面积很小，可近似地看成作用在一个点上，这种力称为集中力，通常用F或P表示。力作用的点称为力的作用点，如图1-2（a）和图1-2（b）所示的单臂吊车的水平梁AB，在B点和C点分别受到集中力T和P的作用。

如果两个物体相互作用，而力的作用范围较大时，这种力称为分布载荷。如图1-2（c）所示作用于化工塔器上的风载P1和P2。当分布载荷均匀分布时，称为均布载荷，均布载荷密度用q表示，单位为牛/米（N/m）或千牛/米（kN/m）。

在静力学中，用黑体字母表示矢量（如F），而用普通字母表示力的大小（如F）。