Transcript Document

第1章 緒
論
1-1力學的種類
1-2力的觀念
1-3力的可傳性
1-4力的單位
1-5力 系
1-6向量與純量
1-7力學與生活
1-1 力學的種類
力學的分類
靜力學：係研究物體之「平衡狀態」。所謂平衡狀態，即指物
體處於靜止或作等速度直線運動之狀態。
運動學：係研究物體運動時之時間與空間的關係，並不討論物
體之質量及影響運動之因素。
動力學：係研究物體運動時之時間與空間的關係、質量及影響
運動之因素，影響運動之因素即為「力」。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-2
EXIT
1-2 力的觀念
1.力的意義
力是一個非常抽象的名詞，它是一種作用，力必存在於相互作用的二
物體之間，其必須是成對出現的，即力無法單獨存在。
2.力的要素 1.力的大小 2.力的方向 3.力的作用點
力的大小：100N
力的方向：向右
力的作用點：點
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-3
EXIT
1-2 力的觀念
力的分類
1 接觸力
二物體間必須相互接觸方有力的作用者，例如繩之拉力、桌椅對地板壓力、彈
簧壓縮後所產生之推力及摩擦力等。
2 非接觸力
二物體間不須相互接觸即可有力的作用者，如地心引力、磁力及靜電力等。
力的效應
1 外效應
而由外力所產生的效應，稱為外效應。外效應會使物體改變其靜止或運動之
狀態，如使物體產生反作用力或加速度等。
2 內效應
而由內力所產生的效應，稱為內效應。內效應會使物體改變其形狀，如使物
體產生伸長、縮短或彎曲等。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-4
EXIT
1-3 力的可傳性
1.質點
質點可視為此物體之質量的集中點。
2.剛體
物體受外力作用後，其形狀不會發生改變的物體，
也就是體內任何兩質點間之距離永遠不會改變的物
體。
剛體是一種理想的物體，在剛體力學中所探討的物
體，都假設為剛體。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-5
EXIT
1-3 力的可傳性
對於剛體的外效應而言，作用在剛體上的力，可沿其作用線前後移
動，而不改變其效應者。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-6
EXIT
1-4 力的單位
1. 絕對單位:以長度、質量、時間為基本量所制定的單位，稱為絕對單位。
牛頓（N）：MKS制中，使質量 1kg之物體產生 1m/sec2加速度
之力，即 1N = 1kg-m/sec2。
達因（dyne）：CGS 制中，使質量 1g 之物體產生 1cm/sec2加
速度之力，即 1dyne = 1g-cm/sec2。
2. 重力單位:以長度、重量、時間為基本量所制定的單位，稱為重力單位。
以長度、重量、時間為基本量所制定的單位，稱為重力單位。
3. 單位換算
1N = 105dyne 1kgf = 9.8N
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1gf = 980dyne
1-6
1-7
1-7
EXIT
1-5 力
系
兩個或兩個以上的力，同時作用於一個物體上時，稱為力系。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-8
EXIT
1-5 力
系
力系的分類
(1)共線力系：指在同一平面上，各作用力皆在同一作用
線上時之力系。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-9
EXIT
1-5 力
系
(2)同平面共點力系：指在同平面上，各作用力之力
線相交於一點時之力系。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-10
EXIT
1-5 力
系
(3)同平面平行力系：指在同平面上，各作用力均互相平行之
力系。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-11
EXIT
1-5 力
系
(4)同平面非共點非平行力系：指在同平面上之各作用力
既不全部互相平行，也不相交於一點之力系。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-12
EXIT
1-5 力
系
(5)非同平面共點力系
指在空間中，各作用力相交於一點，但不在同一平面上
之力系。
(6)非同平面平行力系
指在空間中，各作用力互相平行，但非在同一平面上之
力系。
(7)非同平面非共點非平行力系
指在空間中，各作用力既不相交於一點，也不互相平行，
亦不在同一平面上之力系。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-13
EXIT
1-6 向量與純量
向量與純量
向量
同時具有大小及方向的物理量，稱為向量。如，力、重
量、力 矩、力 偶 矩、彎 曲 力 矩、位 移、速 度、加
速度、角位移、角速度及角加速度等。
純量
只有大小但沒有方向性的物理量，稱為純量。如，質
量、長度、時間、面積、體積、溫度、速率、功、功率、
能及慣性矩等。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-14
EXIT
1-6 向量與純量
２ 向量的分類
向量依其作用情形，可分為下列三種：
1 自由向量
向 量 之 作 用 點 無 固 定 位 置，可 自 由 決 定 者，稱為
自 由 向 量 。如角速度、力偶矩等。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-15
EXIT
1-6 向量與純量
2 滑動向量：向量之作用點可沿其作用線上任意移動者，稱為滑
動向量（Sliding Vectors）。如產生運動效應之力。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-16
EXIT
1-6 向量與純量
3 固定向量：向量之作用點必須固定不動者，稱為固定向量，
又可稱為拘束向量。如產生變形效應之力。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-17
EXIT
1-7 力學與生活
１. 靜力學
a.如圖 1-10 所示為油桶疊置之狀況
b.如圖 1-11 所示，為車床複式刀座上固定車刀，其為
靜力學中「同平面平行力系」之應用。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-18
EXIT
1-7 力學與生活
c.如圖 1-12 所示，為工地常見之桁架，其為靜力學中「同平面
非共點非平行力系」之應用。
d.如圖1-13 所示，人在頂球時，球能靜止於頭頂上，其為靜力學
中「重心」之應用。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-19
EXIT
1-7 力學與生活
2. 動力學
a.如圖 1-14(a)所示為磁浮列車高速行駛中之情形，其為
動力學中「直線運動」之應用。
b.如圖 1-14(b)所示為高空彈跳之情形，其亦為「直線
運動」之應用。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-20
EXIT
1-7 力學與生活
c.如圖 1-15(a)所示為摩天輪之運轉情形，其為動力學中「曲線運
動」之應用。
d.如圖 1-15(b)所示為標槍選手拋擲標槍之情形，其亦為「曲線運
動」之應用。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-21
EXIT
1-7 力學與生活
e.如圖 1-16所示為蝸旋彈簧，其為動力學中「功與能」之應用。
f.如圖 1-17所示為齒輪傳動之情形，為「功與能」之應用。
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-22
EXIT