1.1 靜力學的基本概念——剛體和力

在靜力學中，經常用到剛體和力這兩個基本概念，下面分別加以闡述。

1.剛體的概念

所謂剛體是在力的作用下，保持形狀和大小不變的物體。這是一個理想化的力學模型。實際物體在力的作用下，都會產生程度不同的變形。但是，這些微小的變形，對研究物體的平衡問題不起主要作用，可以略去不計，這樣可使問題的研究大為簡化。這種撇開次要矛盾，抓住主要矛盾的作法是科學的抽象。但是，不應該把剛體的概念絕對化。例如，在研究飛機的平衡問題或飛行規律時，我們可以把飛機看作剛體；可是在研究飛機的顫振問題時，機翼等的變形雖然非常微小，但必須把飛機看作彈性體；又例如，在計算某些工程結構時，如果不考慮它們的變形，而仍使用剛體的概念，則問題將成為不可解的。

2.力的概念

力是物體間相互的機械作用，這種作用使物體的機械運動狀態發生變化，并使物體變形。

力的概念是從勞動中產生的，是人們在生活和生產中通過反復的觀察、實驗和分析而逐漸形成的。用手推小車，小車由靜止開始移動；受到地球引力作用，自高空落下的物體，速度越來越快；鍛壓加工時，工件受到鍛錘的打擊而產生變形；挑扁擔時肩膀感覺受到壓力的作用，同時扁擔也變彎了等等。

由上可知，物體受力后產生兩種效應：

①力改變物體的機械運動狀態（稱為力的運動效應或外效應）。原來靜止的物體，在力的作用下將由靜止開始運動，如機床的啟動、汽車開動；行駛的汽車剎車時，靠摩擦力使它停止下來。

有時幾個力作用在物體上，并不改變客觀存在的運動狀態，這是因為作用在物體上的這些力互相平衡，它們的運動效果互相抵消的緣故。

②力使物體產生變形（稱力的變形效應或內效應）。如彈簧受力會伸長，起重機橫梁在起吊重物時會產生彎曲變形。

應當指出，既然力是物體間相互的機械作用，因此力不能脫離物體而存在。力雖然看不見，但它的作用效應完全可以通過直接觀察，或用儀器測量出來。實際上，人們也正是從力的作用效應來認識力本身的。

實踐表明，力對物體的作用效果取決于三個要素：力的大小、力的方向、力的作用點。只要其中的任何一個要素改變，該力對物體的作用效應就要改變。

力是矢量，可記作F。如圖1-1中的F是用一個帶箭頭的有向線段AB來同時表示力的三個要素，也就是：

①力的大小 表示物體的機械作用的強弱。用線段AB的長度按一定的比例表示。在國際單位制中，以“牛[頓]”作為力的單位，記作N。有時也以“千牛[頓]”作為單位，記為kN，1kN=103N。

②力的方向 表示物體的機械作用具有方向性。力的方向包括力的作用線在空間的方位和力沿作用線的指向，用箭頭表示力的方向。

③力的作用點 作用點是力作用在物體上的部位。如果力

作用的面積很小，可近似地看成作用在一個點上，這種力稱為集中力，通常用F或P表示。力作用的點稱為力的作用點，如圖1-2（a）和圖1-2（b）所示的單臂吊車的水平梁AB，在B點和C點分別受到集中力T和P的作用。

如果兩個物體相互作用，而力的作用范圍較大時，這種力稱為分布載荷。如圖1-2（c）所示作用于化工塔器上的風載P1和P2。當分布載荷均勻分布時，稱為均布載荷，均布載荷密度用q表示，單位為牛/米（N/m）或千牛/米（kN/m）。

在靜力學中，用黑體字母表示矢量（如F），而用普通字母表示力的大小（如F）。