下列力系中,平衡方程个数不为三的是A. 空间汇交力系B. 空间力偶系C. 平面任意力系D. 平面平行力系
A. 空间汇交力系
B. 空间力偶系
C. 平面任意力系
D. 平面平行力系
题目解答
答案
解析
本题考查不同类型力系的平衡方程个数相关知识点。解题思路是分别分析每个选项所代表的力系的平衡方程个数,然后找出平衡方程个数不为三的力系。
选项A:空间汇交力系
空间汇交力系是指各力的作用线都汇交于一点的空间力系。由于各力汇交于一点,所以力系对汇交点的力矩都为零,只需要考虑力在三个坐标轴方向上的投影平衡。
设空间汇交力系中各力为$\vec{F}_1,\vec{F}_2,\cdots,\vec{F}_n$,根据力的投影定理,力在$x$、$y$、$z$轴上的投影分别为$F_{1x},F_{1y},F_{1z}$,$F_{2x},F_{2y},F_{2z}$,$\cdots$,$F_{nx},F_{ny},F_{nz}$。
则空间汇交力系的平衡方程为:
$\sum F_{x}=0$
$\sum F_{y}=0$
$\sum F_{z}=0$
共有三个平衡方程。
选项B:空间力偶系
空间力偶系是指由若干个空间力偶组成的力系。力偶对物体的作用效果只取决于力偶矩的大小、转向和作用面的方位,而与力偶在作用面内的位置无关。
设空间力偶系中各力偶矩为$\vec{M}_1,\vec{M}_2,\cdots,\vec{M}_n$,力偶矩在$x$、$y$、$z$轴上的投影分别为$M_{1x},M_{1y},M_{1z}$,$M_{2x},M_{2y},M_{2z}$,$\cdots$,$M_{nx},M_{ny},M_{nz}$。
则空间力偶系的平衡方程为:
$\sum M_{x}=0$
$\sum M_{y}=0$
$\sum M_{z}=0$
共有三个平衡方程。
选项C:平面任意力系
平面任意力系是指各力的作用线都在同一平面内,但不汇交于一点,也不相互平行的力系。
设平面任意力系中各力为$\vec{F}_1,\vec{F}_2,\cdots,\vec{F}_n$,力在平面内$x$、$y$轴上的投影分别为$F_{1x},F_{1y}$,$F_{2x},F_{2y}$,$\cdots$,$F_{nx},F_{ny}$,力对平面内某一点$O$的矩为$M_O(\vec{F}_1),M_O(\vec{F}_2),\cdots,M_O(\vec{F}_n)$。
则平面任意力系的平衡方程为:
$\sum F_{x}=0$
$\sum F_{y}=0$
$\sum M_{O}=0$
共有三个平衡方程。
选项D:平面平行力系
平面平行力系是指各力的作用线都在同一平面内且相互平行的力系。
设平面平行力系中各力为$\vec{F}_1,\vec{F}_2,\cdots,\vec{F}_n$,力的方向与$y$轴平行,力在$y$轴上的投影分别为$F_{1y},F_{2y},\cdots,F_{ny}$,力对平面内某一点$O$的矩为$M_O(\vec{F}_1),M_O(\vec{F}_2),\cdots,M_O(\vec{F}_n)$。
由于力在$x$轴上的投影都为零,即$\sum F_{x}=0$恒成立,所以平面平行力系的平衡方程为:
$\sum F_{y}=0$
$\sum M_{O}=0$
只有两个平衡方程,平衡方程个数不为三。