1.3　弹性杆件的外力与内力

1.3.1　外力

来自构件外部的力，主要指作用在构件上的载荷和约束反力，统称为外力（external force）。按照外力的作用方式可分为体积力和表面力。体积力作用在构件内部的每一个点上，一般用单位体积上力的大小来表示，所以其量度单位为N/m3或kN/m3。重力和惯性力都是体积力。表面力是作用于物体表面一个区域内连续分布的力，如作用在建筑物外墙上的风压、水坝深处的水压等。表面力的量度单位是N/m2或kN/m2。对于杆件，通常把体积力和表面力简化为沿杆件轴线分布的力，用单位长度上的力表示，称为载荷集度（intensity of theloading），用q表示。q的单位为N/m或kN/m。当分布力的作用面积与构件尺寸相比足够小时，可认为分布力作用在构件的一个点上，将分布力简化为集中力，其单位为N或kN。

1.3.2　内力

材料力学中的内力是指由外力作用引起的物体内部的相互作用力。实际上，在物体不受外力时，为维持其整体性，其分子、原子之间也都存在一定的相互作用力。但材料力学中的内力是指由于外力作用而产生的附加内力，简称内力（internal force）。在静力平衡状态下，内力可由平衡条件决定。

利用一假想截面将弹性体截开，内力即可显示出来，如图1-3所示。根据连续性假定，一般情形下，杆件橫截面上的内力组成一分布力系。

图1-3　弹性体的分布内力

由于整体平衡的要求，对于截开的每一部分也必须是平衡的。因此，作用在每一部分上的外力必须与截面上分布内力相平衡。这表明，弹性体由变形引起的内力不是任意的，而是必须满足平衡条件的。这是弹性体受力、变形的第一个特征。

应用假想截面将弹性体截开，分成两部分，考虑其中任意一部分平衡，从而确定横截面上内力的方法，称为截面法（the method of sections）。材料力学中的截面法类似于静力学中的隔离体方法。隔离体方法确定的是不同物体之间的相互作用力，截面法则是确定同一物体中两部分之间的相互作用力。