A statika a testek közötti kölcsönhatás erejének számszerűsítésére szolgáló módszerek tudománya. Ezek az erők felelősek az egyensúly megőrzéséért, a testek mozgatásáért vagy alakjuk megváltoztatásáért. A mindennapi életben nap mint nap sokféle példát láthatunk. A mozgás és az alakváltozások kritikusak mind az ember alkotta, mind a természetes tárgyak működése szempontjából.
A statika fogalma
A statika alapjait több mint 2200 évvel ezelőtt fektették le, amikor az ókori görög matematikus, Arkhimédész és más akkori tudósok az erősítő tulajdonságokat tanulmányozták, és olyan egyszerű mechanizmusokat találtak ki, mint a kar és a tengely. A statika a mechanikának egy olyan ága, amely azokkal az erőkkel foglalkozik, amelyek egyensúlyi állapotban nyugvó testekre hatnak.
Ez a fizika azon ága, amely lehetővé teszi az ismeretlen erők azonosításához és leírásához szükséges analitikai és grafikus eljárásokat. A „statika” (fizika) rész fontos szerepet játszik a mérnöki, gépészeti,polgári, repülési és biomérnöki, amelyek az erők különféle hatásaival foglalkoznak. Amikor a test nyugalomban van, vagy egyenletes sebességgel mozog, akkor a fizika ezen területéről beszélünk. A statika a test egyensúlyának tanulmányozása.
E tudományág módszerei és eredményei különösen hasznosnak bizonyultak épületek, hidak és gátak, valamint daruk és más hasonló mechanikai eszközök tervezésénél. Az ilyen szerkezetek és berendezések méreteinek kiszámításához az építészeknek és mérnököknek először meg kell határozniuk az egymáshoz kapcsolódó részeikre ható erőket.
A statika axiómái
A statika a fizika egyik ága, amely azt vizsgálja, hogy a mechanikai és egyéb rendszerek milyen körülmények között maradnak meg egy bizonyos állapotban, amely nem változik az idő múlásával. A fizika ezen része öt alapvető axiómán alapul:
1. Egy merev test akkor van statikus egyensúlyi állapotban, ha két azonos intenzitású erő hat rá, ugyanazon a hatásvonalon fekszik, és ugyanazon egyenes mentén ellentétes irányba irányul.
2. A merev test mindaddig statikus állapotban marad, amíg külső erők vagy erőrendszerek nem érintik.
3. Az ugyanabban az anyagi pontban ható két erő eredője egyenlő a két erő vektorösszegével. Ez az axióma a vektorösszegzés elvének engedelmeskedik.
4. Két kölcsönhatásban lévő test két, azonos intenzitású, ellentétes irányú erővel reagál egymásra, ugyanazon hatásvonal mentén. Ezaz axiómát a cselekvés és a reakció elvének is nevezik.
5. Ha egy deformálható test statikus egyensúlyi állapotban van, akkor nem zavarja, ha a fizikai test szilárd állapotban marad. Ezt az axiómát a megszilárdulási elvnek is nevezik.
Mechanika és részei
A fizika görögül (physikos - "természet" és "physis" - "természet") szó szerint azt a tudományt jelenti, amely a természettel foglalkozik. Lefedi az anyag összes ismert törvényét és tulajdonságait, valamint a rá ható erőket, beleértve a gravitációt, a hőt, a fényt, a mágnesességet, az elektromosságot és más olyan erőket, amelyek megváltoztathatják a tárgyak alapvető jellemzőit. A tudomány egyik ága a mechanika, amely olyan fontos részterületeket foglal magában, mint a statika és a dinamika, valamint a kinematika.
A mechanika a fizika egyik ága, amely nyugalmi vagy mozgásban lévő erőket, tárgyakat vagy testeket vizsgál. A tudomány és a technológia területén az egyik legnagyobb entitás. A statika feladatai közé tartozik a testek állapotának vizsgálata különféle erők hatására. A kinematika a fizika (mechanika) egyik ága, amely a tárgyak mozgását vizsgálja, függetlenül a mozgást okozó erőktől.
Elméleti mechanika: statika
A mechanika olyan fizikai tudomány, amely a testek viselkedését vizsgálja erők hatására. A mechanikának 3 kategóriája van: abszolút merev test, deformálható test és folyadék. A merev test olyan test, amely nem deformálódik a hatása alatterők. Az elméleti mechanika (statika – az abszolút merev test mechanikájának része) magában foglalja a dinamikát is, amely viszont kinematikára és kinetikára oszlik.
A deformálható test mechanikája a testen belüli erőeloszlással és az ebből eredő alakváltozásokkal foglalkozik. Ezek a belső erők bizonyos feszültségeket okoznak a szervezetben, ami végül magában az anyagban is megváltozhat. Ezeket a kérdéseket az anyagok szilárdsági kurzusai tanulmányozzák.
A folyékony mechanika a mechanikának egy olyan ága, amely a folyadékokon vagy gázokon belüli erőeloszlással foglalkozik. A folyadékokat széles körben használják a mérnöki iparban. Összenyomhatatlan vagy összenyomható kategóriába sorolhatók. Az alkalmazások közé tartozik a hidraulika, a repülés és még sok más.
A dinamika fogalma
A dinamika az erővel és a mozgással foglalkozik. A test mozgásának megváltoztatásának egyetlen módja az erő alkalmazása. Az erő mellett a dinamika más fizikai fogalmakat is tanulmányoz, köztük a következőket: energia, lendület, ütközés, súlypont, nyomaték és tehetetlenségi nyomaték.
A statikus és a dinamikus teljesen ellentétes állapotok. A dinamika olyan testek tanulmányozása, amelyek nincsenek egyensúlyban, és gyorsulás következik be. A kinetika a mozgást okozó vagy a mozgásból eredő erők tanulmányozása. Ellentétben az olyan fogalommal, mint a statika, a kinematika a test mozgásának doktrínája, amely nem veszi figyelembe azt a tényt, hogyhogyan történik a mozgás. Néha a "mozgás geometriájának" is nevezik.
Kinematika
A kinematikai elveket gyakran alkalmazzák a helyzet, a sebesség és a gyorsulás meghatározásának elemzésére a berendezés különböző részein működés közben. A kinematika egy pont, egy test és egy testrendszer mozgását veszi figyelembe anélkül, hogy figyelembe venné a mozgás okait. A mozgást olyan mennyiségek vektorai írják le, mint például az elmozdulás, a sebesség és a gyorsulás, valamint a vonatkoztatási rendszer jelzése. A mozgásegyenlet segítségével különféle kinematikai problémákat oldanak meg.
Mechanika – statika: alapvető mennyiségek
A mechanika története több mint egy évszázadot ölel fel. A statika alapelvei már régen kialakultak. Mindenféle karra, ferde síkra és egyéb elvekre volt szükség a korai civilizációk során, hogy például olyan hatalmas építményeket építsenek, mint a piramisok.
A mechanikában az alapvető mennyiségek a hossz, az idő, a tömeg és az erő. Az első hármat abszolútnak, egymástól függetlennek nevezzük. Az erő nem abszolút érték, mivel a tömeghez és a sebesség változásaihoz kapcsolódik.
hosszúság
A hossz egy olyan érték, amely egy pont helyének leírására szolgál a térben egy másik ponthoz képest. Ezt a távolságot szabványos hosszegységnek nevezzük. A hosszmérés általánosan elfogadott szabványos mértékegysége a méter. Ez a szabványfejlődött és fejlődött az évek során. Kezdetben ez a földfelszíni kvadráns egy tízmilliomodik része volt, amivel meglehetősen nehéz volt méréseket végezni. 1983. október 20-án a mérőt a fény által vákuumban megtett út hosszaként határozták meg 1/299.792.458 másodpercben.
Idő
Az idő egy bizonyos időköz két esemény között. Az általánosan elfogadott szabványos időegység a második. A másodikat eredetileg a Föld tengely körüli átlagos forgási periódusának 1/86,4-eként határozták meg. 1956-ban a másodperc definícióját 1/31,556-ra javították annak az időnek a 1/31.556-ára, amely alatt a Föld egy kört megtesz a Nap körül.
mise
A tömeg az anyag tulajdonsága. Ez a testben lévő anyag mennyiségeként fogható fel. Ez a kategória határozza meg a gravitáció testre gyakorolt hatását és a mozgás változásaival szembeni ellenállást. Ezt a mozgásváltozással szembeni ellenállást tehetetlenségnek nevezzük, amely a test tömegének eredménye. Az általánosan elfogadott tömegegység a kilogramm.
Tápellátás
Az erő származtatott egység, de nagyon fontos egység a mechanika tanulmányozásában. Gyakran úgy határozzák meg, mint az egyik test hatása a másikra, és lehet, vagy nem a testek közötti közvetlen érintkezés eredménye. A gravitációs és elektromágneses erők példák az ilyen becsapódások eredményére. A befolyásnak két elve van: az erők, amelyek hajlamosak megváltoztatni a rendszer mozgását, és amelyek hajlamosak arradeformációk. Az erő alapegysége az SI rendszerben a Newton, az angol rendszerben a font.
Egyensúlyi egyenletek
A statikus azt jelenti, hogy a kérdéses objektumok teljesen szilárdak. A nyugalmi testre ható erők összegének nullával kell egyenlőnek lennie, vagyis a fellépő erők kiegyenlítik egymást, és nem lehetnek hajlamosak olyan erőkre, amelyek képesek a testet bármely tengely körül megfordítani. Ezek a feltételek függetlenek egymástól, és matematikai formában történő kifejezésük alkotja az úgynevezett egyensúlyi egyenleteket.
Három egyensúlyi egyenlet létezik, ezért csak három ismeretlen erő számítható ki. Ha háromnál több ismeretlen erő hat, az azt jelenti, hogy több alkatrész van a szerkezetben vagy a gépben, mint amennyi bizonyos terhelések elviseléséhez szükséges, vagy több korlátozás van a szükségesnél a test mozgásának megakadályozásához.
Az ilyen szükségtelen összetevőket vagy kényszereket redundánsnak nevezzük (például egy négylábú asztalnál egy redundáns van), és az erőrendszer statikailag határozatlan. A statikában elérhető egyenletek száma korlátozott, mivel bármely merev test bármilyen körülmények között szilárd marad, alaktól és mérettől függetlenül.
