2.1 静力学的基本概念

静力学是研究物体的平衡问题的科学，主要讨论作用在物体上的力系的简化和平衡两大问题。所谓平衡，在工程上是指物体相对于地球保持静止或匀速直线运动状态，它是物体机械运动的一种特殊形式。

2.1.1 刚体的概念

在力的作用下，工程实际中的许多物体的变形一般都很微小，对平衡问题的影响也很小。为了简化分析，我们把物体视为刚体。所谓刚体，是指在任何外力的作用下，物体的大小和形状始终保持不变的物体。静力学的研究对象仅限于刚体，所以又称之为刚体静力学。

2.1.2 力的概念

力是两物体之间的相互的机械作用，这种作用会使物体的机械运动状态发生变化，同时使物体的形状或尺寸发生改变。前者称为力的运动效应或外效应，后者称为力的变形效应或内效应。

1.力对物体作用的效应

力对物体作用的效应取决于力的大小、方向（包括方位和指向）和作用点，这三个因素称为力的三要素。如果改变了这三个要素中的任意一个，也就改变了力对物体的作用效应。例如沿水平地面推一个木箱（见图2-1），当推力F较小时，木箱不动；当推力F增大到某一数值时，木箱开始滑动；如果推力F的指向改变了，变为拉力，则木箱将沿相反方向滑动；如果推力F不作用在A点而作用在B点，则木箱的运动趋势就可能不仅是滑动，而且有可能绕C点发生转动（倾覆）。所以要确定一个力，必须说明它的大小、方向和作用点，缺一不可。

（1）力是矢量。力是一个既有大小又有方向的量，力的合成与分解需要运用矢量的运算法则，因此它是矢量（或称向量）。

（2）力的矢量表示。力矢量可用一具有方向的线段来表示，如图2-2所示。用线段的长度（按一定的比例尺）表示力的大小，用线段的方位和箭头指向表示力的方向，用线段的起点或终点表示力的作用点。通过力的作用点并指向力的方向的直线称为力的作用线。

（3）力的单位。力的单位是N（牛顿）或kN（千牛顿）。

2.等效力系

（1）力系。作用在物体上的若干个力总称为力系。［见图2-3（a）］。

（2）等效力系。如果作用于物体上的一个力系可用另一个力系来代替，而不改变原力系对物体作用的外效应，则这两个力系称为等效力系或互等力系。［见图2-3（b）］。

需要强调的是，这种等效力系只是不改变对物体作用的外效应，至于内效应则显然将随力的作用点等的改变而有所不同。

（3）合力。如果一个力与一个力系等效，则力F_R称为此力系的合力，而力系中的各力则称为合力F_R的分力［见图2-3（c）］。

任何物体在力的作用下，或多或少总要产生变形。但是，工程实际中构件的变形通常是非常微小的，当研究力对物体的运动效应时，可以将其忽略不计。

2.1.3 平衡的概念

所谓物体的平衡，工程上一般是指物体相对于地面保持静止或做匀速直线运动的状态。

要使物体处于平衡状态，作用于物体上的力系必须满足一定的条件，这些条件称为力系的平衡条件；作用于物体上并正好使之保持平衡的力系则称为平衡力系。静力学研究物体的平衡问题，实际上就是研究作用于物体上的力系的平衡条件，并利用这些条件解决工程中的实际问题。