Det Statisk Det er grenen af mekanik, der studerer balancen mellem stive kroppe underlagt forskellige kræfter. Når et legeme er stift, ændrer partiklerne, der udgør det, ikke deres relative positioner, og genstanden er derfor ikke-deformerbar..
Sådanne genstande kan være i ligevægt, uanset om de er i ro (statisk ligevægt), eller hvis de bevæger sig (dynamisk ligevægt), kun i sidstnævnte tilfælde skal bevægelsen være ensartet retlinet.
I tilfælde af strukturer som bygninger, broer og veje er statisk balance af stor interesse, for at konstruktionen forbliver stabil over tid, såsom den øvre romerske akvædukt.
Men Statics er ikke begrænset til området civilingeniør. Det kan også anvendes til balancen mellem elektrisk ladede partikler og genstande nedsænket i kontinuerlige medier, såsom luft og vand..
Artikelindeks
Statik havde en tidlig historisk udvikling som følge af behovet for at bygge faste strukturer, da byer blev etableret. De gamle egyptere efterlod deres monumenter som bevis; de kendte enkle maskiner som remskiver, håndtag og skråplan.
Andre civilisationer i den antikke verden, hvis monumenter overlever den dag i dag, kendte også de grundlæggende principper, men det var grækerne, der begyndte at systematisere deres undersøgelse.
Den store græske fysiker Archimedes fra Syracuse (287-212 f.Kr.) etablerede grundlaget for brugen af armen og balancen mellem neddykkede kroppe - hydrostatik-.
Senere leverede andre store forskere som Leonardo og Galileo vigtige bidrag. Sidstnævnte fastslog, at en nettokraft ikke var nødvendig for at opretholde en krops bevægelse (dynamisk ligevægt).
Også bemærkelsesværdigt er Simon Stevin (1548-1620), den første til at observere det hydrostatiske paradoks og beskrive ligevægten mellem legemer på det skrå plan.
Senere gav Isaac Newton (1642-1727) formuleringen af statik den sidste impuls med sine tre mekaniske love.
Det næste bidrag at nævne på grund af dets relevans blev leveret af D'Alembert og begrebet inertial kraft. Takket være dette er det muligt at studere dynamiske problemer gennem begrebet ligevægt..
Af den lange liste over forskere og ingeniører, der bidrog til statik, skal vi nævne navnene på Euler og Lagrange, som udviklede matematiske teknikker til at forme dets anvendelser..
Ordet statisk kommer fra det græske ord for at betegne det, der er stille.
Denne vigtige gren af mekanik er grundlaget for de konstruktioner, vi bebor, og ikke kun det, da der er andre områder, hvor dets principper anvendes:
Undersøg balancen mellem kroppe i luften.
Anvend statisk principper på legemer nedsænket i vand eller andre væsker.
Vigtig gren af elektromagnetisme, der studerer elektriske ladninger i statisk ligevægt.
Det er grenen dedikeret til studiet af magnetfelter, der ikke varierer over tid..
I første omgang antager Statics, at et objekt er modelleret som om det var et partikel- eller materialepunkt uden målelig størrelse, men ja, med masse..
Når kroppen behandles som en partikel, siger vi, at den er i statisk ligevægt, når den resulterende kraft på den er nul.
En mere realistisk model antager, at objekterne er udvidede legemer, der består af et stort antal partikler, hvilket betyder, at kræfterne kan påføres forskellige punkter.
Dette er meget vigtigt, da disse effekter kan være:
-Dynamisk, relateret til bevægelse eller mangel på det,
-Deformorer, ved de ændringer i form, som organer, der udsættes for kræfter, gennemgår.
Statik antager, at genstande er stive og ikke-deformerbare, derfor studerer den ikke deformationseffekterne, men de dynamiske..
Da dimensionerne på det undersøgte objekt er målbare, kan kræfterne påføres forskellige steder, og det er muligt, at selvom de ikke overfører det, kan de få det til at rotere. I dette tilfælde ville objektet ikke længere være i statisk ligevægt.
Anvendelserne af Statics er overalt, hvorfor det er den gren af Mekanik, der har mest anvendelser, selvom vi mange gange ikke er klar over det:
Principperne for Statics kan anvendes på møbler, skabe, apparater, lamper, bøger og ethvert objekt, der er i ro i det indre af et hus. Vi sørger løbende for, at ting ikke falder, vælter eller ved et uheld skifter plads.
På samme måde sørger bygherrerne for de bygninger, vi bor i, for at de ikke kollapser eller oplever bevægelser, der truer indbyggernes liv..
Disse principper anvendes også til anlæg af veje og broer..
Statics anvendes også til design og konstruktion af dele til maskiner.
Nogle dele er naturligvis mobile, men andre er det ikke. Derfor sørger ingeniører for, at det byggede maskiner ikke kollapser, eksploderer eller smuldrer på nogen måde..
Grundlaget for Statics er studiet af kræfterne og de handlinger, de udøver gennem Newtons tre mekaniske love:
En krop forbliver i ro eller i ensartet retlinet bevægelse, medmindre en ubalanceret kraft får den til at ændre sin bevægelsestilstand..
Summen af de kræfter, der virker på et legeme, kaldet den resulterende kraft FR, svarer til massens produkt m (en skalar) gange acceleration til (en vektor).
For statik tager Newtons anden lov form:
FR = 0
Da hvile eller ensartet retlinet bevægelse resulterer i nul acceleration.
Hvis legeme 1 udøver en kraft på legeme 2, kaldet F12, krop 2 udøver igen en kraft på krop 1, betegnet som Fenogtyve, på en sådan måde, at F12 Y Fenogtyve har samme intensitet og modsat retning:
F12 = - Fenogtyve
Vi sagde tidligere, at det er muligt, at kræfter, selvom de ikke forårsager translationel bevægelse til kroppen, afhængigt af den måde, de påføres på, får det til at rotere.
Nå kaldes den fysiske størrelse, der bestemmer, om et legeme roterer eller ej drejningsmoment eller øjeblik af en styrke, betegnet som M.
Momentet eller momentet for en kraft F afhænger af intensiteten af denne, vektoren r der går fra det samme påføringspunkt til rotationsaksen og endelig anvendelsesvinklen. Alt dette gennem krydsproduktet eller vektorproduktet imellem r Y F:
M = r x F (SI-enheder: N.m)
Et objekt kan rotere omkring forskellige akser, derfor beregnes øjeblikket altid omkring en bestemt akse. Og for at kroppen skal forblive statisk, er det nødvendigt, at alle øjeblikke er nul.
De er de nødvendige betingelser for, at et stift fast stof skal være i statisk ligevægt, hvorfor de er kendt som ligevægtsbetingelser:
Summen af kræfterne, der virker på kroppen, skal annulleres. I matematisk form:
∑ Fjeg = 0
Hvad angår de kræfter, der virker på et legeme, er disse opdelt i indre og ydre.
Interne kræfter er ansvarlige for at holde kroppen sammenhængende. For eksempel består en bil af mange dele, som, når de er ordentligt leddede, får maskinen til at bevæge sig som helhed takket være de interne kræfter mellem leddene på delene..
For deres del er eksterne kræfter de, der udøves af andre kroppe på det objekt, der undersøges.
I bilens eksempel kan kræfterne være vægten, der udøves af jorden, understøttelsen fra overfladen, påført hjulene og friktionen mellem dækkene og fortovet.
Derudover overvejer Statics en række understøttelser, reaktioner og bånd afhængigt af de betragtede elementer og de mulige bevægelsesmuligheder, der findes..
Sammenfatningen af øjeblikke omkring en vilkårlig akse skal også annulleres, hvilket vi udtrykker som følger:
∑ Mjeg = 0
Når ligevægtsbetingelser påføres et legeme i planet, skal kræfterne nedbrydes i de to kartesiske komponenter x og y. Derved opnås to ligninger, en for hver komponent.
Den anden ligevægtstilstand tillader os gennem øjeblikke at tilføje en tredje ligning.
På den anden side stiger antallet af ligninger for tredimensionelle objekter til 6.
Det skal bemærkes, at overholdelse af ligevægtsbetingelserne er nødvendig for at sikre kroppens statiske ligevægt..
Men det er ikke nok, da der er tilfælde, hvor disse betingelser er opfyldt, men vi kan ikke sikre, at objektet er i ligevægt. Dette er, hvad der sker, når der er relativ bevægelse mellem delene af objektet, dvs. det faste stof er delvist bundet.
Endnu ingen kommentarer