力的基本概念

1.什么叫力

力的概念是人们在长期的生产劳动和生活实践中逐渐形成的。如在建筑施工中，抬门窗、过梁、推车搬运杉篙、搭设钢管脚手架时拧扣件、扛杉篙、拔杆子、卷扬机提升吊盘、起重机吊运构件等都是力的作用。同样，屋架支承在砖墙上，砖墙承受屋架的荷载 （压力），反过来屋架也受到砖墙的反力，如图1－7所示。又如图1－8所示是吊车放在吊车梁上，吊车梁放在柱子的牛腿上。吊车 （连同起吊的重物）所受的重力就是吊车梁的荷载。也就是说，柱子 （在牛腿部分）所受的力等于吊车梁所受的重力。同时，吊车梁对吊车，柱子对吊车梁都有反作用力。由此可见，力不是什么神秘的、不可捉摸的东西，而是实实在在的一个物体与另一个物体的相互作用。尽管力的形式千差万别，但力作用在物体上总是产生两种效果：力的运动效果是使物体的运动状态发生改变；力的变形效果是使物体的形态发生改变。如图1－8所示。当吊车开动，将原来在地面的物件吊起，这时物体受到了吊车力的作用，从静止变成运动，即物体的机械运动状态有了改变。但是，当吊车的重量过大时，吊车梁受力后很可能在两个柱子之间发生弯曲现象，如图1－9所示，这时受力物体的形状有了改变。在长期的生产和生活实践中，人们对力的作用和印象逐步加深和系统化，于是就给力下了一个定义：“力是两个物体之间的相互作用。力作用的效果是使受力物体的机械运动状态和形状发生改变”。

图1－7 墙体受力

（a）屋架支承在砖墙上 （b）屋架及墙体受力

图1－8 柱子受力

图1－9 吊车梁变形

力是物体对物体的作用，一个物体受到力的作用，也必定存在另一个物体对它施加这种作用，因此，力不能离开物体而单独存在。

比如在工地上推小车运砂浆，就是力作用在小车上，使小车由静止到运动，并能使小车的运动速度加快、减慢或拐弯改变方向等。再如，力作用在钢筋上，能使钢筋变直、变弯曲、伸长或缩短等。力虽然看不见、摸不着，但是它的作用效果是完全可以观察出来，或是用仪器测出来的。

2.力的单位

力的大小不同，为了衡量力的大小，必须要有一个衡量标准，在我国现行的法定计量单位中，力的单位是牛顿 （简称牛），用符号N来表示。1N的力等于提起0.102kg重的物体需要花的力量，也就是说，提1kg的物体大约需要10N的力。

3.力的三要素

力对物体的作用，不论是改变受力物体的运动状态还是改变物体的形状，根据力作用时的方式不同，其效果也不一样。如用扳子扳动六角螺帽，这是一种常见的操作，在操作中可发现以下三种情况，如图1－10所示。

图1－10 扳子

（a）力P垂直于作用线 （b）力P倾斜于作用线 （c）力P的作用线距离加长

（1）力P越大时，拧紧或松动螺帽的效果就越大。

（2）力P垂直于OA线作用时，效果要比倾斜于OA好。

（3）为了加强拧紧或松动的效果，常常在扳手柄上再加一个套筒，如图1－10（c）的AA′，使力P的作用点到螺帽中心的距离加大，这样，效果就会更好一些。

综合以上三种情况可以看出，力对物体的作用效果取决于力的大小、方向和作用点三个因素。这三个因素中的任一因素发生改变，都将改变力的作用效果。于是就把这三个因素称为力的三要素。

由于力的作用效果由三个要素决定，所以表达一个力，就要把三个要素表达出来。用一定的图式把它们表示出来，使之便于研究，就称为力的图示法 （图解法）。通常用一个一端带有箭头的直线表示一个力；线段的起点或终点表示力的作用点，线段的长度 （按事先选定的比例）代表力的大小，箭头的指向表示力的方向。如图1－11所示是一个作用在A点，与水平线成30°角，大小为20N的力的图示。此图用1cm长的线段代表10N，所以线段AB＝2cm。

图1－11 力的图示

应用力的图解法时，应该注意力是一个既有大小、又有方向的物理量，这种物理量称为矢量或向量。