Plik Statyczny Jest to gałąź mechaniki zajmująca się badaniem równowagi ciał sztywnych, poddanych działaniu różnych sił. Kiedy ciało jest sztywne, cząstki, które go tworzą, nie zmieniają swoich względnych położeń, a zatem obiekt jest nieodkształcalny..
Takie obiekty mogą znajdować się w równowadze niezależnie od tego, czy są w spoczynku (równowaga statyczna), czy też poruszają się (równowaga dynamiczna), tylko w tym drugim przypadku ruch musi być jednostajny prostoliniowy.
W przypadku konstrukcji takich jak budynki, mosty i drogi duże znaczenie ma równowaga statyczna, aby konstrukcja zachowała stabilność w czasie, takich jak górny rzymski akwedukt.
Ale statyka nie ogranicza się do dziedziny inżynierii lądowej. Ma również zastosowanie do równowagi cząstek naładowanych elektrycznie i obiektów zanurzonych w mediach ciągłych, takich jak powietrze i woda..
Indeks artykułów
Statyka miała wczesny rozwój historyczny, wynikający z potrzeby budowania stałych struktur w miarę powstawania miast. Starożytni Egipcjanie pozostawili swoje pomniki jako dowód; znali proste maszyny, takie jak koła pasowe, dźwignie i pochylone samoloty.
Inne cywilizacje starożytnego świata, których pomniki przetrwały do dziś, również znały podstawowe zasady, ale to Grecy zaczęli systematyzować swoje badania.
Wielki fizyk grecki Archimedes z Syrakuz (287-212 pne) stworzył podstawy użycia dźwigni i równowagi ciał zanurzonych - hydrostatyka-.
Później inni wielcy naukowcy, tacy jak Leonardo i Galileo, wnieśli ważny wkład. Ten ostatni ustalił, że siła wypadkowa nie jest konieczna do utrzymania ruchu ciała (równowaga dynamiczna).
Na uwagę zasługują również Simon Stevin (1548-1620), pierwszy, który zaobserwował paradoks hydrostatyczny i opisał równowagę ciał na pochyłej płaszczyźnie.
Później Izaak Newton (1642-1727) nadał sformułowaniu statyki ostateczny impuls swoimi trzema prawami mechaniki.
Kolejny wkład, o którym warto wspomnieć ze względu na jego znaczenie, wniósł D'Alembert i koncepcja siły bezwładności. Dzięki temu możliwe jest badanie problemów dynamicznych poprzez pojęcie równowagi..
Z długiej listy naukowców i inżynierów, którzy przyczynili się do statyki, należy wymienić nazwiska Eulera i Lagrange'a, którzy opracowali techniki matematyczne do kształtowania jej zastosowań..
Słowo statyczny pochodzi od greckiego słowa oznaczającego to, co jest nieruchome.
Ta ważna gałąź Mechaniki jest fundamentem konstrukcji, w których żyjemy, i nie tylko, ponieważ istnieją inne dziedziny, w których stosuje się jej zasady:
Zbadaj równowagę ciał w powietrzu.
Zastosuj zasady statyki do ciał zanurzonych w wodzie lub innych cieczach.
Ważna gałąź elektromagnetyzmu, która bada ładunki elektryczne w równowadze statycznej.
Jest to dział zajmujący się badaniem pól magnetycznych, które nie zmieniają się w czasie..
W pierwszym przypadku Statics zakłada, że obiekt jest modelowany tak, jakby był cząstką lub punktem materialnym, bez mierzalnych rozmiarów, ale tak, z masą..
Kiedy ciało jest traktowane jako cząstka, mówimy, że znajduje się ono w równowadze statycznej, gdy siła wypadkowa działająca na nie wynosi zero.
Bardziej realistyczny model zakłada, że obiekty są rozciągniętymi ciałami złożonymi z wielu cząstek, co oznacza, że siły można przyłożyć do różnych punktów.
Jest to bardzo ważne, ponieważ efektami tymi mogą być:
-Dynamiczny, związane z ruchem lub jego brakiem,
-Deformatory, przez zmiany kształtu, jakim podlegają ciała poddane działaniu sił.
Statyka zakłada, że obiekty są sztywne i nieodkształcalne, dlatego nie bada skutków deformacji, ale dynamiczne..
Ponieważ wymiary badanego obiektu są mierzalne, siły można przyłożyć do różnych miejsc i możliwe jest, że choć go nie przenoszą, to mogą go obracać. W takim przypadku obiekt nie byłby już w stanie równowagi statycznej.
Zastosowania Statyki są wszędzie, dlatego to gałąź Mechaniki ma najwięcej zastosowań, choć wielokrotnie nie zdajemy sobie z tego sprawy:
Zasady statyki można zastosować do mebli, szaf, urządzeń, lamp, książek oraz do każdego przedmiotu znajdującego się we wnętrzu domu. Stale dbamy o to, aby rzeczy nie spadły, nie przewróciły się lub przypadkowo nie zamieniły miejscami.
W ten sam sposób budowniczowie budynków, w których mieszkamy, dbają o to, aby nie zawaliły się ani nie doświadczyły ruchów zagrażających życiu mieszkańców..
Zasady te są również stosowane przy budowie dróg i mostów..
Statyka jest również stosowana przy projektowaniu i konstruowaniu części maszyn.
Niektóre części są oczywiście ruchome, ale inne nie. Dlatego inżynierowie dbają o to, aby zbudowana maszyna nie zawaliła się, nie wybuchła ani nie rozpadła się w żaden sposób..
Podstawą statyki jest badanie sił i działań, które wywierają zgodnie z trzema prawami mechaniki Newtona:
Ciało pozostaje w spoczynku lub w jednostajnym ruchu prostoliniowym, chyba że niezrównoważona siła powoduje zmianę stanu ruchu..
Suma sił działających na ciało, zwana siłą wypadkową faR, równa się iloczynowi masy m (skalar) razy przyspieszenie do (wektor).
Dla statyki drugie prawo Newtona ma postać:
faR = 0
Ponieważ spoczynkowy lub jednostajny ruch prostoliniowy powoduje zerowe przyspieszenie.
Jeśli ciało 1 wywiera siłę na ciało 2, tzw fa12, ciało 2 z kolei wywiera siłę na ciało 1, oznaczoną jako fadwadzieścia jeden, w taki sposób, że fa12 Y fadwadzieścia jeden mają tę samą intensywność i przeciwny kierunek:
fa12 = - fadwadzieścia jeden
Powiedzieliśmy wcześniej, że jest możliwe, że siły, chociaż nie powodują ruchu postępowego na ciało, mogą, w zależności od sposobu ich przyłożenia, spowodować jego obrót.
Cóż, nazywana jest wielkość fizyczna, która określa, czy ciało się obraca moment obrotowy lub moment siły, oznaczony jako M.
Moment obrotowy lub moment siły fa zależy od intensywności tego wektora r czyli od punktu przyłożenia do osi obrotu i wreszcie do kąta przyłożenia. Wszystko to poprzez iloczyn krzyżowy lub produkt wektorowy pomiędzy r Y fa:
M = r x fa (Jednostki SI: N.m)
Obiekt może obracać się wokół różnych osi, dlatego moment obliczany jest zawsze wokół określonej osi. Aby ciało pozostało statyczne, konieczne jest, aby wszystkie momenty były zerowe.
Są to warunki konieczne, aby sztywne ciało stałe znajdowało się w równowadze statycznej, dlatego są one znane jako warunki równowagi:
Suma sił działających na ciało musi się znosić. W formie matematycznej:
∑ faja = 0
Jeśli chodzi o siły działające na ciało, są one podzielone na wewnętrzne i zewnętrzne.
Siły wewnętrzne są odpowiedzialne za zachowanie spójności ciała. Na przykład samochód składa się z wielu części, które odpowiednio połączone przegubowo sprawiają, że maszyna porusza się jako całość dzięki siłom wewnętrznym występującym między połączeniami tych części..
Z kolei siły zewnętrzne to siły wywierane przez inne ciała na badany obiekt.
Na przykładzie samochodu siłami mogą być ciężar wywierany przez Ziemię, podparcie zapewniane przez nawierzchnię przyłożoną do kół oraz tarcie między oponami a nawierzchnią..
Ponadto Statics uwzględnia szereg podparć, reakcji i więzi, w zależności od rozważanych elementów i istniejących możliwości ruchu..
Suma momentów wokół dowolnej osi również musi zostać anulowana, co wyrażamy w następujący sposób:
∑ Mja = 0
Kiedy warunki równowagi są przyłożone do ciała w płaszczyźnie, siły muszą zostać rozłożone na dwie składowe kartezjańskie x i y. W ten sposób uzyskuje się dwa równania, po jednym dla każdego składnika.
Drugi warunek równowagi pozwala nam, poprzez momenty, dodać trzecie równanie.
Z drugiej strony dla obiektów trójwymiarowych liczba równań wzrasta do 6.
Należy zauważyć, że przestrzeganie warunków równowagi jest niezbędne do zapewnienia statycznej równowagi ciała..
Ale to nie wystarczy, ponieważ zdarzają się przypadki, w których te warunki są spełnione, ale nie możemy zapewnić, że obiekt jest w równowadze. Dzieje się tak, gdy między częściami obiektu występuje względny ruch, to znaczy, że bryła jest częściowo związana.
Jeszcze bez komentarzy