受力分析

将研究对象看作一个孤立的物体并分析它所受各外力特性的方法。外力包括主动力和约束力(见约束)。分析力的特性主要是为确定这些外力的作用点、方向等。例如重力是地球对物体的引力，属于外加的主动力，作用点在物体的重心，方向铅垂向下。约束力的大小一般是未知的(除非用测力器作约束体测定其作用力)。有一部分约束的约束力方向是可以确定的。例如绳索的约束力总是拉力，拉紧时方向沿绳；光滑面的约束力总是推力，方向沿该面法线。沿粗糙接触面的约束力就是摩擦力(见摩擦)。物体将开始运动时，摩擦力达到最大值。如果摩擦系数μ已知，最大静摩擦力F与法向反力N的数值关系为F＝μN。在平衡情况下，摩擦力F的大小可以是从0到F之间的任一个值，其大小应根据力的平衡条件来计算。另外，由铰链的构造还可确定约束力的方向。例如圆柱铰的约束力可用垂直于圆柱轴的平面上的两个力表示；又如活动支座约束力的方向可用垂直于支承面的一个力N表示。

由牛顿运动定律可知，物体是否平衡由外力确定，物体不平衡时的加速度也由外力确定，都与物体内部相互作用的内力无关。所以求解力学问题时，常有意识地选取某部分作为研究对象，把它看作一个物体，并把它从周围环境的约束中割开，而加以相应的外力。解除约束后的物体称为隔离体。画出隔离体及其所受全部外力的图称为受力图。例如重为G的梯子AB置于光滑的铅垂墙和粗糙的水平地面之间(图1)，

地面和梯接触的摩擦力为F，梯子D点和墙体E点间用水平绳拉紧。若把梯子作为隔离体，它的受力图如图1所示。其中T为绳的张力；G为梯的重力；N为光滑墙的反力；N为地面反力；F为摩擦力。梯子将要滑动时，F达到最大摩擦力μN，一般情况F＜μN。

如果整个物体的受力图尚不足以达到解题目的(方程个数少于未知力个数)，可依物体内部结构的特点，把它拆为两个隔离体，拆离处的相互作用力满足作用和反作用定律。从这两个隔离体的受力图，可写出增加的方程数目，以达到解题目的。

例如，图2的三铰拱，由于用了两个固定铰链支座，因此有四个支座反力X，Y，X，Y(图3之a)。由整体列出的三个平衡方程不足以解出这四个未知数。这时可从中间铰C处将它拆成两部分，画出两个受力图(图3之b)。在铰C处，两个图上的X，Y大小相等、方向相反。这样，六个未知量X，X，X，Y，Y，Y就可由两个隔离体的六个平衡方程解出。如拆成两部分还不能求解，可拆成几部分。

图2

图3

求物体内部的某个构件的受力大小，更须将构件拆开。例如求桁架杆件内力时，可将杆件截断，而附以沿杆的力。