非正式地說，靜力學是研究沒有運動的力。更正式地說，靜力學是力學的一個分支，研究沒有運動變化的力。與此相反，動力學研究的是力和運動;或者更正式地說，力學的一個分支是研究力對物體運動的影響。靜力學意味著靜止。動力學意味著變化。重要的變化是加速度。這篇文章為大家?guī)砝ナ刻m大學土木工程靜力學基礎指南。

一、關于靜力學

靜力學似乎意味著靜止不動，但事實并不一定如此。加速度才是關鍵。長時間靜止不動是不加速的一種方式。長時間勻速直線移動是另一種方式。靜止和勻速運動在物理上沒有區(qū)別。地球正以難以想象的速度(250000 米/秒)忠實地跟隨太陽穿越銀河，但由于我們的加速度幾乎為零(~10-10 米/秒2)，因此這種運動基本上是無法察覺的。當我們在運動的地球上靜止時，我們感覺自己相對于整個宇宙都是靜止的。

本書這一部分的目的是作為靜力學問題的資料庫。每個問題中的加速度在所有方向上都為零。只有本節(jié)是這樣。這樣做的目的是讓你了解解決此類問題的過程，以便在以后出現(xiàn)此類問題時能夠識別它們。

二、平衡

當物體上沒有作用力時，它不會加速。這是牛頓運動定律的第一定律的一個結果。"靜止的物體趨向于保持靜止，而運動中的物體趨向于以恒定速度繼續(xù)運動。" 這似乎暗示了當一個或多個力作用于物體時，它必須加速。然而，這并不完全正確，因為它忽視了該定律的最后一部分 — "除非被凈外力迫使以其他方式行動"。

單一力會使物體加速。這很容易測試。扔東西，觀察它加速。嗯，也許測試并不那么容易，因為我們似乎幾乎把所有東西都扔在地球表面附近的空氣中。這意味著阻力作為第二個力存在。沒錯，但我們可以考慮極端情況。當阻力很大時，自由落體加速度可能難以察覺。當阻力較小時，加速度是明顯的。當它更小時，只會更加明顯。將其推廣到只有重力是作用在物體上的唯一力的點并不會使加速消失。它只會使它更加顯而易見。

那么對于兩個、三個或更多力的情況呢?這也很容易測試。坐在椅子上，站在地板上，或躺在床上。有兩個作用在你身上的力(重力向下拉和法向力向上推)，但沒有加速度。有幾種描述這種情況的方式。

- 凈力為零。

- 力平衡。

- 系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。

- 系統(tǒng)處于靜態(tài)平衡。

- 系統(tǒng)處于平動平衡。

讓我們按順序來處理這些情況。

1.凈力為零。

這是我個人最喜歡的(也是我把它放在第一位的原因)，因為它與第一定律的陳述相關(這也是我把它放在第一位的原因)。短語 "凈力" 中的 "凈" 一詞表示總、綜合或整體。這是在考慮了所有因素后得出的結果。"凈" 與 "整潔" 有關。找到凈值有點像整理數(shù)學混亂(或至少減少混亂)。

一個坐在椅子上的人受到兩個力的作用，它們的合力為零。它們合力為零，因為一個力是正的，一個力是負的。力是矢量 —— 它們具有方向和大小。描述方向的最簡單方式是使用數(shù)學符號。作用在物體上的凈力是所有分別作用在它上面的力的矢量和。這可以寫成 ∑F 或 Fnet 或其他類似的方式。

2.力平衡。

當一個人坐在椅子上時，他們的重力被椅子的法向力平衡。在這種情況下，重力和法向力被稱為平衡力，因為它們相等且方向相反。這有時會導致混淆，因為牛頓的第三定律說每個動作都有一個相等而相反的反作用力。所有的動作-反作用力對都是相等的，因為這是宇宙的工作方式。重力和法向力不是一個動作-反作用力對。如果這兩個力在人身上相等，那只是因為人沒有加速。

地球對人的引力和人對地球的引力是一個動作-反作用力對。這兩個力作用在兩個不同的物體上(人和地球)。這并不意味著重力是平衡力。椅子對人的法向力和人對椅子的法向力是另一組動作-反作用力對。同樣，有兩個作用在兩個不同物體上(人和椅子)的力。這也不意味著法向力是平衡力。地球對人的引力和法向力對人的作用在同一個物體上(人)上，并結合在一起，使物體不加速。這些力是平衡的。

3.系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。

一個坐在椅子上的人處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)在我們有一個正當?shù)脑~匯來討論。一個不加速的物體也可以說處于平衡狀態(tài)。前綴 "equi-" 應該很容易識別，它是英語詞 "equal" 的后綴形式，來源于拉丁詞 "aequalis"。第二部分 "-librium" 來自拉丁詞 "libra"，指的是一種天平 —— 通過比較使用兩個盤來確定重量的裝置。當你看到 "equilibrium" 這個詞時，可以想到正義的天平。

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