力学基础知识

第三节力学基础知识

在送电线路的施工或运行过程中，无论是杆塔的组立还是导线的施放与紧线或拉线的制作，力学现象无处不在，所以作为送电工需要比其他工种掌握更多的力学知识。本节从了解力学研究对象开始，用表格化的方法，介绍静力学、动力学、材料力学和土力学等方面的基本知识。

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一、力学的研究对象与分类

1、力学的研究对象

力学是物理学的一个分支，是研究力和机械运动的学科。

（1）机械运动的概念。一个物体对另一个物体的空间位置随时间连续变化或物体内部各部分之间相对位置发生变化的过程都称为机械运动。这种运动包括移动、转动、流动、变形、振动、波动、扩散等，而平衡或静止则是其中的一种特殊情况。机械运动有两种最简单的形式，即平动和转动，物体的其他复杂运动一般都可以看做是这两种运动合成的结果。

（2）力的概念。力是物体间的相互作用，是使物体发生形变或使物体运动状态改变即产生加速度的原因。力的大小、方向、作用点称为力的三要素，力是一个矢量；经常用图示法表示力的三要素，即用有向线段长度按比例表示力的大小，有向线段的箭头表示力的方向，线段的起点或终点表示力的作用点。力的单位是牛顿。

（3）力学的研究对象。力是不能离开物体而独立存在的，而且有受力物体必然有施力物体。力的作用离不开时间和空间，所以力学的研究对象是受力作用的物体及其在时间跨度和空间范围内运动状态变化（包括平衡和静止）的规律。

2、力学的分类

（1）按物体的运动状态分类。力学可分为静力学、运动学和动力学。静力学研究力的平衡或物体的静止问题；运动学只研究物体怎样运动，不讨论物体与所受力的关系；动力学则讨论物体运动和受力的关系。

（2）按研究对象的类别分类。力学可分为固体力学、流体力学和一般力学三个分支。属于固体力学的有材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、断裂力学等；属于一般力学的有理论力学、分析力学、刚体动力学、陀螺力学、振动理论、运动稳定性等。

（3）按力学在工程技术上的应用分类。力学在工程力学或应用力学方面有各个分支，如岩石力学、土力学、爆炸力学、复合材料学、工业空气动力学、环境空气动力学等。

3、送电工程中有关力学问题的大致分类

（1）送电线路施工中遇到的力学问题，按静力学、材料力学、土力学及应用力学三类列表如表1-3-1。

表1-3-1 送电工程施工中的力学问题分类

静力学范围		材料力学范围		土力学及应用力学范围
工程内容	力学问题	工程内容	力学问题	工程内容	力学问题
杆塔负载；拉线受力	力的合成	导地线弛度与应力	应力变化计算	直线杆侧向稳定	抗倾覆力矩
确定组件起吊中心	力矩平衡	铁塔螺钉选择	挤压强度计算	基础设计施工	地耐力计算
杆塔整体起吊	汇交力系平衡	钢筋混凝土电杆根部强度	抗弯矩计算	地锚埋深确定	侧向土抗力
放线滑车使用	滚动摩擦	直线电杆挠度	变形计算	土石开方；爆压线夹施工	爆炸力学
紧线工具双钩与绞磨使用	自锁原理绳索摩擦	拉线单杆受力	复杂的压弯构件	耐张线夹和直线管钳压	液压原理
滑轮组应用	省力原理	铁塔受力分析	衍架受力压弯稳定	耐张线夹和直线管钳压	液压原理

（2）送电线路运行中遇到的力学问题。导地线微风下防振，涉及到动力学中的振动问题；导地线疲劳断股，涉及到材料力学中的交变负载下强度问题；导线受力的蠕变问题、杆塔挠度监测，属材料力学弹性变形问题；污秽等级分布与环境空气动力学有关；线路受开石损伤要了解爆炸力学问题。

二、静力学基础知识

静力学是关于力的平衡理论及确定作用在静止刚体上的外力的理论。

1、基本运动形态——平动与转动

从平动与转动的对比，可以理解力与力矩的概念；以物理概念、基本规律、基本公式、生活中的体验和送电工程中的实例为对比内容列表见表1-3-2。

表1-3-2 平动转动对比表

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运动形态		平动	隔磁片转动
物理概念及基本规律	平动原因——力		转动原因——力矩
	力是使物体获得加速度或形变的原因。力是矢量。惯性定律：当无外力作用于物体或合外力为零时，物体保持静止或恒定速度不变。加速度定律：当受到外力作用时，物体所获得的加速度大小与和外力F大小成正比，与物体的质量成反比。		对点的矩	对轴的矩
			O为空间第一点，A为力的作用点。为矢量，矢量与力的矢积称为力对O点的力矩MO，MO为矢量其方向由右手法则确定MO = ×F。	老化电阻力F轴OD垂直距离为d。F对轴的力矩MD=±Fd；MD是标量不是矢量；从OD轴的末端看，力F 使轴逆时针转动，MD为正。
基本公式	加速度定律（牛顿第二定律）平动定律平动加速度 m 平动惯量（质量）单位：[牛顿]=[千克][米/秒2]		转动定律M=Iα α 转动加速度 I 转动惯量，物体转动对物体惯性大小的度量。与质量大小、分布和转轴位置有关。单位：[牛顿·米]=[千克·米2] [1/秒2]
生活中的体验	断纸机公共汽车刹车时，乘客前倾（惯性）；同样载重量，功率大牵引力大的汽车起步快（加速度大）。		手提秤杆O点，秤杆水平时满足平衡条件：Fb=Ga。（对O点取矩）	门把手装在门边上，r值（力臂）较大，用较小的力就可使门转动。M=Fr机读答题卡（对轴取矩）
送电工程中的实例	直线杆打人字拉线，当风力与拉线水平分力的合力为零时，可保持杆身稳定（不倾斜）。杆塔整体越重，整体组立所需的牵引力越大。		导地线侧向风力和杆身风压所产生的弯矩随杆高的增加而增加；总外力矩确定杆身强度所需配筋。导地线施放时，线轴的转动惯量随质量减小和转动半径减小而减小，线轴的转动也就越容易。

2、力的合成与物体的平衡

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