Statica este știința metodelor de cuantificare a forței de interacțiune dintre corpuri. Aceste forțe sunt responsabile pentru menținerea echilibrului, mișcarea corpurilor sau schimbarea formei acestora. În viața de zi cu zi, puteți vedea multe exemple diferite în fiecare zi. Schimbările de mișcare și de formă sunt esențiale pentru funcționalitatea obiectelor create de om și naturale.
Conceptul de statică
Bazele staticii au fost puse acum peste 2200 de ani, când matematicianul grec antic Arhimede și alți oameni de știință din acea vreme studiau proprietățile de amplificare și inventau mecanisme simple, cum ar fi o pârghie și o axă. Statica este o ramură a mecanicii care se ocupă cu forțele care acționează asupra corpurilor în repaus în condiții de echilibru.
Aceasta este ramura fizicii care face posibile procedurile analitice și grafice necesare pentru a identifica și descrie aceste forțe necunoscute. Secțiunea „statică” (fizică) joacă un rol important în multe ramuri ale ingineriei, mecanică,civilă, aviație și bioinginerie, care se ocupă de diferitele efecte ale forțelor. Când corpul este în repaus sau se mișcă cu o viteză uniformă, atunci vorbim despre această zonă a fizicii. Statica este studiul echilibrului corpului.
Metodele și rezultatele acestei ramuri a științei s-au dovedit deosebit de utile în proiectarea clădirilor, podurilor și barajelor, precum și a macaralelor și a altor dispozitive mecanice similare. Pentru a putea calcula dimensiunile unor astfel de structuri și echipamente, arhitecții și inginerii trebuie să determine mai întâi forțele care acționează asupra părților lor interconectate.
Axiome ale staticii
Statica este o ramură a fizicii care studiază condițiile în care sistemele mecanice și alte sisteme rămân într-o anumită stare care nu se modifică în timp. Această secțiune de fizică se bazează pe cinci axiome de bază:
1. Un corp rigid se află într-o stare de echilibru static dacă asupra lui acționează două forțe de aceeași intensitate, se află pe aceeași linie de acțiune și sunt îndreptate în direcții opuse de-a lungul aceleiași linii.
2. Un corp rigid va rămâne în stare statică până când este afectat de forțe externe sau de un sistem de forțe.
3. Rezultanta a două forțe care acționează în același punct material este egală cu suma vectorială a celor două forțe. Această axiomă se supune principiului însumării vectoriale.
4. Două corpuri care interacționează reacționează unul la altul cu două forțe de intensitate egală în direcții opuse de-a lungul aceleiași linii de acțiune. Acestaxioma se mai numeşte şi principiul acţiunii şi reacţiei.
5. Dacă un corp deformabil se află într-o stare de echilibru static, acesta nu va fi deranjat dacă corpul fizic rămâne în stare solidă. Această axiomă se mai numește și principiul solidificării.
Mecanica și secțiunile sale
Fizica în greacă (physikos – „natural” și „physis” – „natura”) înseamnă literalmente știința care se ocupă de natura. Acesta acoperă toate legile și proprietățile cunoscute ale materiei, precum și forțele care acționează asupra acesteia, inclusiv gravitația, căldura, lumina, magnetismul, electricitatea și alte forțe care pot schimba caracteristicile de bază ale obiectelor. Una dintre ramurile științei este mecanica, care include subsecțiuni atât de importante precum statica și dinamica, precum și cinematica.
Mecanica este o ramură a fizicii care studiază forțele, obiectele sau corpurile care sunt în repaus sau în mișcare. Este una dintre cele mai mari entități din domeniul științei și tehnologiei. Sarcinile în statică includ studiul stării corpurilor sub influența diferitelor forțe. Cinematica este o ramură a fizicii (mecanica) care studiază mișcarea obiectelor, indiferent de forțele care provoacă mișcarea.
Mecanica teoretică: statică
Mecanica este o știință fizică care ia în considerare comportamentul corpurilor sub acțiunea forțelor. Exista 3 categorii de mecanici: corp absolut rigid, corpuri deformabile si lichide. Un corp rigid este un corp care nu se deformează sub acțiuneaforte. Mecanica teoretică (statica - parte a mecanicii unui corp absolut rigid) include și dinamica, care, la rândul ei, este împărțită în cinematică și cinetică.
Mecanica unui corp deformabil se ocupă cu distribuția forțelor în interiorul corpului și deformațiile rezultate. Aceste forțe interne provoacă anumite tensiuni în organism, care pot duce în cele din urmă la o schimbare a materialului în sine. Aceste probleme sunt studiate în cursurile de rezistență a materialelor.
Mecanica fluidelor este o ramură a mecanicii care se ocupă cu distribuția forțelor în lichide sau gaze. Fluidele sunt utilizate pe scară largă în inginerie. Ele pot fi clasificate ca incompresibile sau compresibile. Aplicațiile includ hidraulice, aerospațiale și multe altele.
Conceptul de dinamică
Dynamics se ocupă cu forța și mișcarea. Singura modalitate de a schimba mișcarea unui corp este folosirea forței. Alături de forță, dinamica studiază și alte concepte fizice, printre care se numără următoarele: energie, impuls, ciocnire, centru de greutate, cuplu și moment de inerție.
Static și dinamic sunt stări complet opuse. Dinamica este studiul corpurilor care nu sunt în echilibru și are loc accelerația. Cinetica este studiul forțelor care provoacă mișcarea sau al forțelor care rezultă din mișcare. Spre deosebire de un astfel de concept precum statica, cinematica este doctrina mișcării unui corp, care nu ține cont de faptul căcum se face mișcarea. Uneori este denumită „geometria mișcării”.
Cinematică
Principiile cinematice sunt adesea aplicate pentru a analiza determinarea poziției, vitezei și accelerației în diferite părți ale echipamentului în timpul funcționării acestuia. Cinematica ia în considerare mișcarea unui punct, a unui corp și a unui sistem de corpuri fără a lua în considerare cauzele mișcării. Mișcarea este descrisă de un vector de mărimi, cum ar fi deplasarea, viteza și accelerația, împreună cu o indicație a unui cadru de referință. Diverse probleme de cinematică sunt rezolvate folosind ecuația mișcării.
Mecanica - statica: marimi fundamentale
Istoria mecanicii se întinde pe mai mult de un secol. Principiile de bază ale staticii au fost dezvoltate cu mult timp în urmă. Tot felul de pârghii, planuri înclinate și alte principii au fost necesare în timpul civilizațiilor timpurii pentru a construi, de exemplu, structuri atât de uriașe precum piramidele.
Mărimile fundamentale în mecanică sunt lungimea, timpul, masa și forța. Primele trei sunt numite absolute, independente unele de altele. Forța nu este o valoare absolută, deoarece este legată de masă și de schimbările de viteză.
Lungime
Lungimea este o valoare folosită pentru a descrie poziția unui punct în spațiu față de un alt punct. Această distanță se numește unitatea standard de lungime. Unitatea standard acceptată în general pentru măsurarea lungimii este metrul. Acest standarddezvoltat și îmbunătățit de-a lungul anilor. Inițial, era o zece milione parte din cadranul suprafeței pământului, cu care era destul de dificil să se facă măsurători. La 20 octombrie 1983, contorul a fost definit ca lungimea drumului parcurs de lumină în vid în 1/299.792.458 de secundă.
Timp
Timpul este un anumit interval dintre două evenimente. Unitatea de timp standard acceptată în general este a doua. Al doilea a fost definit inițial ca 1/86,4 din perioada medie de rotație a Pământului pe axa sa. În 1956, definiția unei secunde a fost îmbunătățită la 1/31,556 din timpul necesar Pământului pentru a finaliza o revoluție în jurul Soarelui.
Mesă
Masa este o proprietate a materiei. Poate fi considerată ca fiind cantitatea de materie conținută în corp. Această categorie definește efectul gravitației asupra corpului și rezistența la schimbarea în mișcare. Această rezistență la schimbarea în mișcare se numește inerție, care este rezultatul masei corpului. Unitatea de măsură general acceptată este kilogramul.
Putere
Forța este o unitate derivată, dar o unitate foarte importantă în studiul mecanicii. Este adesea definită ca acțiunea unui corp asupra altuia și poate fi sau nu rezultatul contactului direct dintre corpuri. Forțele gravitaționale și electromagnetice sunt exemple ale rezultatului unui astfel de impact. Există două principii de influență, ale forțelor care tind să modifice mișcările sistemului și care tind sădeformatii. Unitatea de bază a forței este Newtonul în sistemul SI și lira în sistemul englez.
Ecuații de echilibru
Static înseamnă că obiectele în cauză sunt absolut solide. Suma tuturor forțelor care acționează asupra unui corp în repaus trebuie să fie egală cu zero, adică forțele implicate se echilibrează între ele și nu ar trebui să existe nicio tendință pentru forțele capabile să rotească corpul în jurul oricărei axe. Aceste condiții sunt independente unele de altele, iar exprimarea lor sub formă matematică constituie așa-numitele ecuații de echilibru.
Există trei ecuații de echilibru și, prin urmare, pot fi calculate doar trei forțe necunoscute. Dacă există mai mult de trei forțe necunoscute, înseamnă că există mai multe componente în structură sau mașină decât sunt necesare pentru a susține anumite sarcini sau că există mai multe restricții decât este necesar pentru a împiedica corpul să se miște.
Astfel de componente sau constrângeri inutile sunt numite redundante (de exemplu, un tabel cu patru picioare are unul redundant), iar sistemul de forțe este static nedeterminat. Numărul de ecuații disponibile în statică este limitat, deoarece orice corp rigid rămâne solid în orice condiții, indiferent de formă și dimensiune.
