第1章 物体的受力分析
§1.1 静力学基本概念
1.力的概念
力是物体间相互的机械作用，这种作用能使物体的机械运动状态发生改变，同时还能使物体产生变形。力使物体的机械运动状态发生改变，称力的运动效应或外效应；力使物体的形状发生改变，称力的变形效应或内效应。
就力对物体的外效应来说，又可以分为两种情况，即力的移动效应和转动效应。例如，人沿直线轨道推小车使小车产生移动，这是力的移动效应；人作用于绞车手柄上的力使鼓轮转动，这是力的转动效应。在一般情况下，一个力对物体作用时，既有移动效应，又有转动效应。如打乒乓球时，如果球拍作用于乒乓球的力恰好通过球心，只有移动效应；如果此力不通过球心，则不仅有移动效应，还有绕球心的转动效应。
实践证明，力对物体的作用效应取决于力的大小、方向和作用点。这三者称为力的三要素。
（1）力的大小。力的大小表示物体间机械作用的强弱程度，力的国际单位制是牛顿（N），千牛顿（kN），1kN=103N。
（2）力的方向。力的方向表示物体间的机械作用具有方向性，它包含方位和指向。如重力“铅直向下”，“铅直”是指力的作用线在空间的方位，“向下”是指力沿作用线的指向。
图1.1
（3）力的作用点。力的作用点是力作用在物体上的位置。实际上，当两个物体直接接触时，力总是分布地作用在一定的面积上。如手推车时，力作用在手与车厢接触的面积上。当力作用的面积很小以至可以忽略其大小时，就可以近似地将力看成作用在一个点上。
力是一个定位矢量，可用一个带箭头的线段表示，如图1.1所示。线段AB的始端A或末端B表示力的作用点，线段AB的长度表示力的大小，用线段的方位角和箭头表示力的方向。
2.刚体的概念
由于结构或构件在正常使用情况下产生的变形很小，例如，桥梁在车辆、人群等荷载作用下的最大竖向位移一般不超过桥梁跨度的1/900～1/700。物体的微小变形对于研究物体的平衡问题影响很小，忽略微小变形可使所研究的问题得以简化，因而，可以将物体视为不变形的理想体——刚体，即在任何外力的作用下，大小和形状始终保持不变的物体称为刚体。
显然，现实中刚体是不存在的。任何物体在力的作用下，总是或多或少地发生一些变形。在材料力学中，主要是研究物体在力作用下的变形和破坏，所以必须将物体看成变形体。在静力学中，主要研究的是物体的平衡问题，为研究问题的方便，则将所有的物体均视为刚体。
3.力系的概念
作用在物体上的一群力称为一个力系。按照力系中各力作用线分布的情况，力系可分为：平面力系（力系中各力的作用线共面）和空间力系（力系中各力的作用线不完全共面）。本书主要研究平面力系，平面力系一般又可分为以下四种：
（1）平面汇交力系：力系中各力作用线汇交于一点。
（2）平面力偶系：力系中各力组成若干个力偶。
（3）平面平行力系：力系中各力作用线相互平行。
（4）平面一般力系：力系中各力作用线既不完全交于一点，也不完全平行。
4.平衡的概念
所谓平衡，是指物体相对于地球表面保持静止或作匀速直线运动的状态。平衡状态的物体上作用的力系，称为平衡力系。将平衡力系必须满足的条件称力系的平衡条件。力系的平衡条件是静力学研究的主要问题之一。
在刚体静力学中，所研究的对象（物体或物体系统）被抽象为刚体，故暂不考虑物体的变形；所讨论的状态是平衡状态，所以也不考虑物体运动状态的改变。