
【化】 system of coplanar forces
altogether; common; general; share; together
【医】 sym-; syn-
face; surface; cover; directly; range; scale; side
【医】 face; facies; facio-; prosopo-; surface
【化】 system of forces
在工程力学中,"共面力系"(Coplanar Force System)是指所有力的作用线都位于同一平面内的力系。这种力系的特点是各力的矢量可以在一个二维平面内进行完整的描述和计算,无需考虑垂直于该平面的分量,从而简化了分析过程。
定义与特性
共面力系要求所有力的作用线(或延长线)均相交于同一平面。例如,作用在平板结构上的多个力,或杠杆系统中的受力均属于此类。其静力学平衡条件为:
$$ sum F_x = 0, quad sum F_y = 0 $$
$$ sum M_O = 0 $$
与空间力系的区别
空间力系的作用线分布在三维空间中,需额外考虑 (z) 轴方向的分力及扭矩平衡((sum F_z=0, sum M_x=0, sum M_y=0)),而共面力系无需处理垂直平面的分量,大幅降低计算复杂度。
《理论力学》(高等教育出版社)明确将共面力系定义为"作用线共处一平面且可简化为主矢和主矩的力系",强调其二维特性。
Engineering Mechanics: Statics(R.C. Hibbeler)定义Coplanar Force System 为:"A system in which all forces lie in the same plane and their lines of action do not converge at a single point"(所有力位于同一平面且作用线不交于同一点的力系)。
考虑一个平面桁架节点受三个力作用:水平力 (F_1=10,text{N}),斜向力 (F_2=15,text{N})(与水平成 (30^circ) 角),以及竖直力 (F_3=5,text{N})。若三力作用线共面且满足 (sum F_x=0)、(sum F_y=0),则该系统处于平衡状态,属于典型的共面力系问题。
共面力系是静力学中的一个基本概念,指作用在同一平面内的多个力所组成的系统。所有力的作用线均位于该平面内,这使得力的分析和合成可在二维坐标系中进行,简化了计算过程。
共面力系平衡需满足以下条件:
$$
begin{aligned}
&sum F_x = 0 quad text{(水平方向合力为零)}
&sum F_y = 0 quad text{(垂直方向合力为零)}
&sum M_O = 0 quad text{(对平面内任一点$O$的力矩代数和为零)}
end{aligned}
$$
若需进一步分析具体问题(如计算实际受力大小),需结合受力图与平衡方程逐步推导。
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