Statik är vetenskapen om metoder för att kvantifiera kraften av interaktion mellan kroppar. Dessa krafter är ansvariga för att upprätthålla balans, röra kroppar eller ändra deras form. I vardagen kan du se många olika exempel varje dag. Rörelse- och formförändringar är avgörande för funktionaliteten hos både konstgjorda och naturliga föremål.
Begreppet statik
Grunden för statik lades för över 2200 år sedan, när den antika grekiske matematikern Arkimedes och andra vetenskapsmän på den tiden studerade förstärkande egenskaper och uppfann enkla mekanismer som en spak och en axel. Statik är en gren av mekaniken som handlar om de krafter som verkar på kroppar i vila under jämviktstillstånd.
Detta är den gren av fysiken som möjliggör de analytiska och grafiska procedurerna som behövs för att identifiera och beskriva dessa okända krafter. Avsnittet "statik" (fysik) spelar en viktig roll i många grenar av ingenjörskonst, mekanisk,civil-, flyg- och bioteknik, som hanterar styrkornas olika effekter. När kroppen är i vila eller rör sig med en enhetlig hastighet, då talar vi om detta område av fysiken. Statik är studiet av kroppen i balans.
Metoderna och resultaten av denna gren av vetenskapen har visat sig vara särskilt användbara vid utformningen av byggnader, broar och dammar, såväl som kranar och andra liknande mekaniska anordningar. För att kunna beräkna dimensionerna på sådana strukturer och utrustning måste arkitekter och ingenjörer först bestämma de krafter som verkar på deras sammankopplade delar.
Axioms of statics
Statik är en gren av fysiken som studerar de förhållanden under vilka mekaniska och andra system förblir i ett visst tillstånd som inte förändras med tiden. Den här delen av fysiken är baserad på fem grundläggande axiom:
1. En stel kropp är i ett tillstånd av statisk jämvikt om två krafter av samma intensitet verkar på den, ligger på samma verkningslinje och är riktade i motsatta riktningar längs samma linje.
2. En stel kropp kommer att förbli i ett statiskt tillstånd tills den påverkas av yttre krafter eller ett kraftsystem.
3. Resultanten av två krafter som verkar vid samma materialpunkt är lika med vektorsumman av de två krafterna. Detta axiom följer principen för vektorsummering.
4. Två samverkande kroppar reagerar på varandra med två krafter av lika intensitet i motsatta riktningar längs samma verkningslinje. Dettaaxiomet kallas också för handlings- och reaktionsprincipen.
5. Om en deformerbar kropp är i ett tillstånd av statisk balans, kommer den inte att störas om den fysiska kroppen förblir i ett fast tillstånd. Detta axiom kallas även stelningsprincipen.
Mekanik och dess sektioner
Fysik på grekiska (physikos - "naturlig" och "physis" - "natur") betyder bokstavligen vetenskapen som sysslar med naturen. Den täcker alla kända lagar och egenskaper hos materien, såväl som de krafter som verkar på den, inklusive gravitation, värme, ljus, magnetism, elektricitet och andra krafter som kan förändra föremålens grundläggande egenskaper. En av vetenskapens grenar är mekanik, som inkluderar så viktiga underavsnitt som statik och dynamik, samt kinematik.
Mekanik är en gren av fysiken som studerar krafter, föremål eller kroppar som är i vila eller i rörelse. Det är en av de största enheterna inom området vetenskap och teknik. Uppgifter inom statik inkluderar studiet av tillståndet hos kroppar under påverkan av olika krafter. Kinematik är en gren av fysiken (mekanik) som studerar föremåls rörelser, oavsett vilka krafter som orsakar rörelsen.
Teoretisk mekanik: statik
Mekanik är en fysikalisk vetenskap som tar hänsyn till kroppars beteende under inverkan av krafter. Det finns 3 kategorier av mekanik: absolut stel kropp, deformerbara kroppar och vätska. En stel kropp är en kropp som inte deformeras under inverkan avkrafter. Teoretisk mekanik (statik - en del av mekaniken i en absolut stel kropp) inkluderar också dynamik, som i sin tur är uppdelad i kinematik och kinetik.
Mekaniken i en deformerbar kropp handlar om fördelningen av krafter inuti kroppen och de resulterande deformationerna. Dessa inre krafter orsakar vissa påfrestningar i kroppen, som så småningom kan leda till en förändring av själva materialet. Dessa frågor studeras i materialstyrka-kurser.
Flödesmekanik är en gren av mekanik som handlar om fördelningen av krafter inom vätskor eller gaser. Vätskor används i stor utsträckning inom teknik. De kan klassificeras som inkompressibla eller komprimerbara. Tillämpningar inkluderar hydraulik, flyg och många fler.
Begreppet dynamik
Dynamics handlar om kraft och rörelse. Det enda sättet att förändra en kropps rörelse är att använda våld. Tillsammans med kraft studerar dynamiken andra fysiska begrepp, bland vilka är följande: energi, momentum, kollision, tyngdpunkt, vridmoment och tröghetsmoment.
Statisk och dynamisk är helt motsatta tillstånd. Dynamik är studiet av kroppar som inte är i jämvikt, och acceleration uppstår. Kinetik är studiet av de krafter som orsakar rörelse, eller de krafter som är resultatet av rörelse. Till skillnad från ett sådant koncept som statik är kinematik läran om en kropps rörelse, som inte tar hänsyn till det faktum atthur rörelsen görs. Det kallas ibland för "rörelsegeometrin".
Kinematics
Kinematiska principer används ofta för att analysera bestämningen av position, hastighet och acceleration i olika delar av utrustningen under dess drift. Kinematik betraktar rörelsen av en punkt, en kropp och ett system av kroppar utan att ta hänsyn till orsakerna till rörelse. Rörelse beskrivs av en vektor av kvantiteter såsom förskjutning, hastighet och acceleration tillsammans med en indikation på en referensram. Olika problem inom kinematik löses med hjälp av rörelseekvationen.
Mekanik - statik: fundamentala storheter
Mekanikens historia sträcker sig över mer än ett sekel. De grundläggande principerna för statik utvecklades för länge sedan. Alla typer av spakar, lutande plan och andra principer behövdes under de tidiga civilisationerna för att bygga till exempel sådana enorma strukturer som pyramiderna.
De grundläggande storheterna inom mekanik är längd, tid, massa och kraft. De tre första kallas absoluta, oberoende av varandra. Kraft är inte ett absolut värde eftersom det är relaterat till massa och hastighetsförändringar.
Längd
Längd är ett värde som används för att beskriva positionen för en punkt i rymden i förhållande till en annan punkt. Detta avstånd kallas standardlängdenheten. Den allmänt accepterade standardenheten för att mäta längd är metern. Denna standardutvecklats och förbättrats under åren. Till en början var det en tiomiljondels del av jordens ytkvadrant, med vilken det var ganska svårt att göra mätningar. Den 20 oktober 1983 definierades mätaren som längden på den väg som ljus färdades i ett vakuum på 1/299.792.458 sekund.
Time
Tid är ett visst intervall mellan två händelser. Den allmänt accepterade standardtidsenheten är den andra. Den andra definierades ursprungligen som 1/86,4 av jordens medelrotationsperiod på sin axel. 1956 förbättrades definitionen av en sekund till 1/31,556 av den tid det tar för jorden att göra ett varv runt solen.
Mass
Massa är en egenskap hos materia. Det kan ses som mängden materia som finns i kroppen. Denna kategori definierar gravitationens inverkan på kroppen och motståndet mot förändringar i rörelse. Detta motstånd mot förändring i rörelse kallas tröghet, vilket är resultatet av kroppens massa. Den allmänt accepterade massaenheten är kilogram.
Power
Kraft är en härledd enhet, men en mycket viktig enhet i studiet av mekanik. Det definieras ofta som en kropps verkan på en annan, och kan eller kanske inte är resultatet av direkt kontakt mellan kroppar. Gravitationskrafter och elektromagnetiska krafter är exempel på resultatet av en sådan påverkan. Det finns två principer för påverkan, av krafter som tenderar att förändra systemets rörelser och som tenderar att göra detdeformationer. Den grundläggande kraftenheten är Newton i SI-systemet och pundet i det engelska systemet.
Jämviktsekvationer
Statisk betyder att objekten i fråga är absolut solida. Summan av alla krafter som verkar på en kropp i vila måste vara lika med noll, det vill säga de inblandade krafterna balanserar varandra och det ska inte finnas någon tendens till krafter som kan vrida kroppen runt vilken axel som helst. Dessa förhållanden är oberoende av varandra, och deras uttryck i matematisk form utgör de så kallade jämviktsekvationerna.
Det finns tre jämviktsekvationer, och därför kan endast tre okända krafter beräknas. Om det finns fler än tre okända krafter betyder det att det finns fler komponenter i strukturen eller maskinen än vad som krävs för att stödja vissa laster, eller att det finns fler restriktioner än nödvändigt för att hålla kroppen från att röra sig.
Sådana onödiga komponenter eller begränsningar kallas redundanta (till exempel en tabell med fyra ben har en redundant), och kraftsystemet är statiskt obestämt. Antalet ekvationer som är tillgängliga i statik är begränsat, eftersom varje stel kropp förblir solid under alla förhållanden, oavsett form och storlek.
