材料力学/基于力的静力平衡/自由体图

3.1 自由体图

图 3.1：倾斜平面上的块体的自由体图，其中大小为mg的矢量分解为正交分量。

在物理学中，我们经常使用自由体图 (FBDs) 来描述物体之间的力和体力。当考虑作用在物体/身体上的力的平衡时，FBDs在正确使用时是一种极好的辅助工具。如图 3.1 所示，我们可以使用物体/身体 (倾斜平面上的蓝色块体) 上的 FBD 来描述作用在身体上的矢量力 (重力、摩擦力和来自倾斜平面的法向力)。我们还可以使用 FBD 来描述物体之间的作用-反作用力对，并记住牛顿第三运动定律。在块体和倾斜平面的情况下，我们可以将作用-反作用力对设想为${\vec {\mathsf {N}}}$ 从倾斜平面作用于蓝色块体，以及来自重力的矢量分量，其大小为$mg\cos \theta$ 从块体作用于倾斜平面。另一作用-反作用力对将包括来自倾斜平面的摩擦力${\vec {\mathsf {f}}}$ 作用于块体，以及来自块体作用于倾斜平面的大小相等且方向相反的摩擦力。

识别作用-反作用力对是理解周围环境如何与结构物体相互作用的关键。当将自由体视为粒子或仅具有轴向力 (即沿穿过物体质心的轴线作用的力) 时，人们可能会遵循以下步骤

1. 定义合适的坐标系 (例如，XYZ、xyz)。
2. 绘制描述物体运动的矢量——通常在静力学/力学中没有用于静止物体。
3. 绘制作用在物体上的体力 的矢量。
4. 绘制作用在物体上的接触力 和表面力 的矢量 (即，选择作用于物体上的作用-反作用力对)。

在本课程中，我们将大多数结构设想为固定、不动的梁、桁架或压力容器集合。是的，这些结构可能是运动车辆的一部分，但由于加速度引起的载荷通常会很小，除非存在高速旋转 (例如，向心加速度$r\omega ^{2}$ 其中$r$ 是径向距离，而$\omega$ 是角速度)。

体力或接触力？

这些问题探讨了体力和接触力的特点。

体力？

将旋转功率与电功率和电流相关联的问题

大象 Jumbo 想知道以下哪些是体力。 重力 摩擦力 静电吸引力 离心力
大象 Jumbo 想知道以下哪些是表面力或接触力。 静水压力。 摩擦力 法向力 剪切力

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