你知道“力”嗎?

1.問題:

力的概念是什麼?

回答:

力是物體間的相互作用,是使物體發生形變或使物體運動狀態改變即產生加速度的原因。力是力學中的基本概念之一,是使物體獲得加速度或形變的外因。在動力學中它等於物體的質量與加速度的乘積。

力的作用效果分為以下三種:力可以改變物體的形狀,使物體發生形變;力可以改變物體的運動狀態(速度大小、運動方向,兩者至少有一個會發生改變);力使物體保持勻變速不變

2.問題:

力的三要素是什麼?

回答:


圖1 "力的三要素"圖

力的三要素,可用一個有向線段來描述其方向與大小,用該有向線段的起點描述其作用點,線段所在的直線稱為力的作用線。

力的三要素會影響到的力的作用效果,其中力是一個矢量。

3.問題:

簡述力學的研究對象?

回答:

(1)力是不能離開物體而獨立存在的,而且有受力物體必然有施力物體。

(2)力的作用離不開時間和空間,所以力學的研究對象是受力作用的物體及其在時間跨度和空間範圍內運動狀態變化(包括平衡和靜止)的規律。

4.問題:

力的合成與分解遵循哪些法則?

回答:

(1) 求幾個已知力的合力叫力的合成,遵循平行四邊形法則和三角形法則。

(2)求一個力的分力叫做力的分解,是力的合成的逆運算,同樣遵循平行四邊形法則和三角形法則。

5.問題:

簡述按照物體的運動狀態力學分類?

回答:

(1)按照物體的運動狀態分類力學可分為靜力學、運動學和動力學。

(2)靜力學研究力的平衡或物體的靜止問題。

(3)運動學只研究物體怎樣運動,不討論物體與所受力的關係。

(4)動力學則討論物體運動和受力的關係。

6.問題:

簡述按照研究對象力學分類?

回答:

(1)按照研究對象力學可分為固體力學、流體力學和一般力學三個分支

(2)屬於固體力學的有材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學、斷裂力學等。

(3)屬於一般力學的有理論力學、分析力學、剛體動力學、陀螺力學、振動理論、運動穩定性等。

7.問題:

力的平衡原理怎麼闡述?

回答:

(1)在力學系統裡,平衡是指慣性參照系內,物體受到幾個力的作用,仍保持靜止狀態,或勻速直線運動狀態,或繞軸勻速轉動的狀態,叫做物體處於平衡狀態,簡稱物體的"平衡"。

(2)一個物體在受到兩個力作用時,如果能保持靜止或勻速直線運動,我們就說物體處於平衡狀態,使物體處於平衡狀態的兩個力叫做平衡力。物體受平衡力作用,合力為0,好像沒有受力,可近似認為滿足牛頓第一定律條件。兩個力作用在同一物體上,如果物體保持靜止或勻速直線運動狀態,則這兩個力的作用效果相互抵消(合力為0),我們就說這兩個力平衡。

8.問題:

力矩的定義是什麼?

回答:

力矩在物理學裡是指作用力使物體繞著轉動軸或支點轉動的趨向,力矩的單位是牛頓-米,力矩希臘字母是 tau。力矩的概念,起源於阿基米德對槓桿的研究。轉動力矩又稱為轉矩或扭矩,力矩能夠使物體改變其旋轉運動,推擠或拖拉涉及到作用力,而扭轉則涉及到力矩,力矩等於徑向矢量與作用力的差積。

9.問題:

力矩平衡原理是什麼?在工程用有何應用?

回答:

力矩可以使物體向不同的方向轉動,如果這兩個力矩的大小相等,槓桿將保持平衡,是力矩平衡的最簡單的情形。

如果把物體向逆時針方向轉動的力矩規定為正力矩,向順時針方向轉動的力矩規定為負力矩,則有固定轉動軸的物體的平衡條件是力矩的代數和為零,即作用在物體上多個力的合力矩為零的情形叫做力矩的平衡。

力矩平衡在工程中的應用較為廣泛,如人字抱杆起吊大抱杆與水泥杆時,抱杆與水泥杆的重心與力臂是個固定量,如何將抱杆組立,採用人字抱杆時增加起吊力臂,可以大幅度減少起吊初始力。

在特高壓工程杆塔組立時,大量採用人字抱杆作為輔助抱杆吊裝橫擔,也是力矩平衡應用。通過輔助抱杆吊裝可以減少構件在起吊時控制繩的張力,便於塔材就位。

杆塔整體拆除時,傾倒的初始力的確定即為力矩平衡的應用,根據地形條件儘量將地錨佈置在距離鐵塔遠的地方,吊點繩儘量佈置在鐵塔的頂部,這樣可以減少鐵塔傾倒的起點力保障施工安全的重要措施,當然鐵塔上栓吊點的位置也要考慮塔材的強度。

10.問題:

重心的定義是什麼?

回答:

重心,是在重力場中,物體處於任何方位時,所有各組成支點的重力的合力都通過的那一點。規則而密度均勻物體的重心就是它的幾何中心,不規則物體的重心,可以用懸掛法來確定(物體的重心,不一定在物體上)。

11.問題:

確定物體重心有哪些方法?

回答:

物體重心的確定有:觀察法、實驗法(如懸掛、稱重)、公式法等。

對稱物體,重心一般在其對稱中心,這時即可以用觀察法確定該物體的重心。

12.問題:

重心如何確定一般在工程重有何應用?

回答:

非對稱不規則物體可以用實驗法確定其重心,比如懸掛狀態時處於平衡狀態說明,通過懸掛點的鉛垂線通過該物體的重心繪製一條重心垂線,更換不同的懸掛點再一次繪製重心垂線,兩次重心垂線交點即為該不規則物體的重心。

公式法,對於大件不規則物體無法通過稱重實驗法確定重心時,即可採用公式法進行計算確定該物體的重心,將大件物體分割成若干個部件,每個小部件據可以取得準確的重量和位置信息。選取一個計算原點,利用各個分割物體距離計算原點的力矩之和等於該大件物體距離計算原點的力矩。

比如計算鐵塔橫擔的重心,由於鐵塔的橫擔是由主材、斜材、鐵板、掛線角鋼等不同構建組成,橫擔的結構雖然是軸對稱結構,但是準確的重心確定需要採用公式法進行計算。一般以鐵塔橫擔的端部作為計算原點,每根構件的重心一般即為其結構中心,可以利用CAD單線圖量出每根橫擔構件重心距離橫擔端部計算原點的距離,這樣就可以計算出該橫擔所有構件與計算原點之間的力矩之和,將力矩之和除以橫擔總重量等於橫擔重心距離計算原點的力臂,根據總力臂即可在CAD單線圖上繪製出橫擔的重心線。

對於鋼管塔法蘭連接的橫擔的吊裝,需要準確的計算施工吊點的配置,確保橫擔在吊裝離地後的狀態與就位狀態一致。利用重心線可以用作圖法設計施工吊點,一般吊點下端佈置在橫擔節點處,吊點的長度確定時應考慮橫擔的空間結構換算。


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