V procesu proučevanja statike, ki je eden od sestavnih delov mehanike, imajo glavno vlogo aksiomi in osnovni pojmi. Obstaja le pet osnovnih aksiomov. Nekateri izmed njih so znani iz šolskih poukov fizike, ker so Newtonovi zakoni.
Definicija mehanike
Najprej je treba omeniti, da je statika podmnožica mehanike. Slednjega je treba podrobneje opisati, saj je neposredno povezano s statiko. Hkrati je mehanika bolj splošen izraz, ki združuje dinamiko, kinematiko in statiko. Vsi ti predmeti so se učili v šolskem tečaju fizike in so znani vsem. Tudi aksiomi, vključeni v študij statike, temeljijo na Newtonovih zakonih, znanih iz šolskih let. Vendar so bili trije, medtem ko je osnovnih aksiomov statike pet. Večina jih zadeva pravila za ohranjanje ravnotežja in pravokotnega enakomernega gibanja določenega telesa ali materialne točke.
Mehanika je znanost o najpreprostejšem načinu premikanjasnov - mehanska. Za najpreprostejša gibanja štejemo dejanja, ki so reducirana na premikanje fizičnega predmeta v prostoru in času iz enega položaja v drugega.
Kaj preučuje mehanika
V teoretični mehaniki se splošne zakonitosti gibanja preučujejo brez upoštevanja posameznih lastnosti telesa, razen lastnosti raztezanja in gravitacije (to pomeni lastnosti delcev snovi, da se medsebojno privlačijo ali imajo določena teža).
Osnovne definicije vključujejo mehansko silo. Ta izraz se nanaša na gibanje, ki se med interakcijo mehansko prenaša z enega telesa na drugo. Po številnih opažanjih je bilo ugotovljeno, da se sila šteje za vektorsko količino, za katero je značilna smer in točka uporabe.
Teoretična mehanika je po metodi konstrukcije podobna geometriji: temelji tudi na definicijah, aksiomih in izrekih. Poleg tega se povezava ne konča s preprostimi definicijami. Večina risb, povezanih z mehaniko na splošno in statiko zlasti, vsebuje geometrijska pravila in zakone.
Teoretična mehanika vključuje tri pododdelke: statiko, kinematiko in dinamiko. V prvem se preučujejo metode za preoblikovanje sil, ki delujejo na predmet in absolutno togo telo, ter pogoje za nastanek ravnotežja. V kinematiki se upošteva preprosto mehansko gibanje, ki ne upošteva delujočih sil. V dinamiki se preučujejo premiki točke, sistema ali togega telesa ob upoštevanju delujočih sil.
Aksiomi statike
Najprej razmisliteosnovni pojmi, aksiomi statike, vrste povezav in njihove reakcije. Statika je stanje ravnotežja s silami, ki delujejo na absolutno togo telo. Njegove naloge vključujejo dve glavni točki: 1 - osnovni koncepti in aksiomi statike vključujejo zamenjavo dodatnega sistema sil, ki so bile uporabljene na telo z drugim, njemu enakovrednim sistemom. 2 - izpeljava splošnih pravil, po katerih telo pod vplivom uporabljenih sil ostane v stanju mirovanja ali v procesu enakomernega translacijskega pravokotnega gibanja.
Predmete v takih sistemih običajno imenujemo materialna točka - telo, katerega dimenzije lahko pod danimi pogoji izpustimo. Nabor točk ali teles, ki so med seboj povezani na nek način, se imenuje sistem. Sile medsebojnega vpliva med temi telesi imenujemo notranje, sile, ki vplivajo na ta sistem, pa zunanje.
Rezultantna sila v določenem sistemu je sila, ki je enaka reduciranemu sistemu sil. Sile, ki sestavljajo ta sistem, se imenujejo sestavne sile. Balansirna sila je po velikosti enaka rezultantki, vendar je usmerjena v nasprotni smeri.
V statiki se pri reševanju problema spreminjanja sistema sil, ki delujejo na togo telo, oziroma ravnovesja sil uporabljajo geometrijske lastnosti vektorjev sil. Iz tega postane definicija geometrijske statike jasna. Analitična statika, ki temelji na principu dopustnih premikov, bo opisana v dinamiki.
Osnovni koncepti in aksiomistatika
Pogoji, da je telo v ravnotežju, izhajajo iz več osnovnih zakonov, uporabljenih brez dodatnih dokazov, vendar potrjenih v obliki eksperimentov, imenovanih aksiomi statike.
- Aksiom I se imenuje Newtonov prvi zakon (aksiom vztrajnosti). Vsako telo ostane v stanju mirovanja ali enakomernega pravokotnega gibanja do trenutka, ko na to telo delujejo zunanje sile in ga odstranijo iz tega stanja. Ta sposobnost telesa se imenuje vztrajnost. To je ena od osnovnih lastnosti snovi.
- Aksiom II - Newtonov tretji zakon (aksiom interakcije). Ko eno telo deluje na drugo z določeno silo, bo drugo telo skupaj s prvim delovalo nanj z določeno silo, ki je po absolutni vrednosti enaka, nasprotno v smeri.
- Aksiom III - pogoj za ravnovesje dveh sil. Za dosego ravnotežja prostega telesa, ki je pod vplivom dveh sil, zadostuje, da sta ti sili po modulu enaki in nasprotni smeri. To je povezano tudi z naslednjo točko in je vključeno v osnovne koncepte in aksiome statike, ravnotežje sistema padajočih sil.
- Aksiom IV. Ravnovesje ne bo porušeno, če se na togo telo uporabi ali odstrani uravnotežen sistem sil.
- Aksiom V je aksiom paralelograma sil. Rezultanta dveh sekajočih se sil je uporabljena na točki njunega preseka in je predstavljena z diagonalo paralelograma, zgrajenega na teh silah.
Povezave in njihove reakcije
V teoretični mehaniki materialne točke,Sistemu in togemu telesu lahko damo dve definiciji: prosto in nesvobodno. Razlika med tema besedama je v tem, da če za gibanje točke, telesa ali sistema niso naložene vnaprej določene omejitve, bodo ti objekti po definiciji prosti. V nasprotni situaciji se predmeti običajno imenujejo nesvobodni.
Fizične okoliščine, ki vodijo do omejevanja svobode poimenovanih materialnih predmetov, se imenujejo obveznice. V statiki so lahko preproste povezave, ki jih izvajajo različna toga ali gibka telesa. Sila delovanja vezi na točko, sistem ali telo se imenuje reakcija vezi.
Vrste povezav in njihove reakcije
V običajnem življenju lahko povezavo predstavljajo niti, vezalke, verige ali vrvi. V mehaniki se za to definicijo vzamejo breztežne, prožne in neraztegljive vezi. Reakcije se lahko usmerijo vzdolž niti, vrvi. Hkrati pa obstajajo povezave, katerih linij delovanja ni mogoče takoj določiti. Kot primer osnovnih konceptov in aksiomov statike lahko navedemo fiksni cilindrični tečaj.
Sestavljen je iz fiksnega cilindričnega vijaka, na katerega je nameščen tulec z cilindrično luknjo, katerega premer ne presega velikosti vijaka. Ko je telo pritrjeno na pušo, se lahko prva vrti le vzdolž osi tečaja. V idealnem tečaju (pod pogojem, da je trenje površine tulca in sornika zanemarjeno) se pojavi ovira za premik tulca v smeri, pravokotni na površino vijaka in tulca. Zaradi tega je reakcijaIdealen tečaj ima smer vzdolž normale - polmer vijaka. Pod vplivom delujočih sil lahko puša pritisne na vijak na poljubni točki. V zvezi s tem ni mogoče vnaprej določiti smeri reakcije pri fiksnem valjastem tečaju. Iz te reakcije je mogoče poznati le njegovo lokacijo v ravnini, pravokotni na os tečaja.
Pri reševanju problemov se bo z analitično metodo z razširitvijo vektorja vzpostavila tečajna reakcija. Osnovni koncepti in aksiomi statike vključujejo to metodo. Vrednosti reakcijskih projekcij se izračunajo iz ravnotežnih enačb. Enako se naredi v drugih situacijah, vključno z nezmožnostjo določitve smeri reakcije vezi.
Sistem konvergentnih sil
Število osnovnih definicij lahko vključuje sistem sil, ki se konvergirajo. Tako imenovani sistem konvergentnih sil bomo imenovali sistem, v katerem se linije delovanja sekajo v eni točki. Ta sistem vodi do rezultante ali je v ravnotežnem stanju. Ta sistem je upoštevan tudi v prej omenjenih aksiomih, saj je povezan z ohranjanjem ravnovesja telesa, ki je omenjeno v več položajih hkrati. Slednji označujejo tako vzroke, ki so potrebni za vzpostavitev ravnovesja, kot dejavnike, ki ne bodo povzročili spremembe tega stanja. Rezultanta tega sistema konvergentnih sil je enaka vektorski vsoti imenovanih sil.
Ravnotežje sistema
Sistem konvergentnih sil je vključen tudi v osnovne pojme in aksiome statike pri študiju. Najti sistem v ravnotežju, mehansko stanjepostane nična vrednost rezultantne sile. Ker je vektorska vsota sil nič, se poligon šteje za zaprt.
V analitični obliki bo ravnotežni pogoj sistema naslednji: prostorski sistem konvergentnih sil v ravnotežju bo imel algebraično vsoto projekcij sil na vsako od koordinatnih osi enako nič. Ker bo v taki ravnotežni situaciji rezultanta enaka nič, bodo tudi projekcije na koordinatne osi enake nič.
trenutek sile
Ta definicija pomeni vektorski produkt vektorja točke uporabe sile. Vektor momenta sile je usmerjen pravokotno na ravnino, v kateri ležita sila in točka, v smeri, iz katere vidimo, da se vrtenje zaradi delovanja sile odvija v nasprotni smeri urinega kazalca.
Par moči
Ta definicija se nanaša na sistem, sestavljen iz para vzporednih sil, enakih po velikosti, usmerjenih v nasprotni smeri in uporabljenih na telo.
Moment para sil lahko štejemo za pozitivnega, če so sile para usmerjene v nasprotni smeri urinega kazalca v desnem koordinatnem sistemu, in negativnega - če so usmerjene v smeri urinega kazalca v levem koordinatnem sistemu. Pri prevajanju iz desnega koordinatnega sistema v levi se usmeritev sil obrne. Najmanjša vrednost razdalje med linijami delovanja sil se imenuje rama. Iz tega sledi, da je moment para sil prosti vektor, po modulu enak M=Fh in je pravokoten na ravnino delovanjasmer, ki je bila od vrha danega vektorja sile usmerjena pozitivno.
Ravnotežje v poljubnih sistemih sil
Zahtevani ravnotežni pogoj za poljuben prostorski sistem sil, ki delujejo na togo telo, je izginotje glavnega vektorja in momenta glede na katero koli točko v prostoru.
Iz tega sledi, da je za dosego ravnotežja vzporednih sil, ki se nahajajo v isti ravnini, potrebno in zadostno, da je nastala vsota projekcij sil na vzporedno os in algebraična vsota vseh komponent momenti, ki jih zagotavljajo sile glede na naključno točko, je enak nič.
težišče telesa
Po zakonu univerzalne gravitacije na vsak delec v bližini zemeljskega površja vplivajo privlačne sile, imenovane gravitacija. Pri majhnih dimenzijah telesa v vseh tehničnih aplikacijah je mogoče gravitacijske sile posameznih delcev telesa obravnavati kot sistem praktično vzporednih sil. Če štejemo, da so vse sile teže delcev vzporedne, bo njihova rezultanta številčno enaka vsoti tež vseh delcev, to je teža telesa.
Predmet kinematike
Kinematika je veja teoretične mehanike, ki proučuje mehansko gibanje točke, sistema točk in togega telesa, ne glede na sile, ki nanje vplivajo. Newton je, izhajajoč iz materialističnega stališča, menil, da sta naravo prostora in časa objektivna. Newton je uporabil definicijo absolutaprostor in čas, vendar ju je ločil od gibljive snovi, zato ga lahko imenujemo metafizik. Dialektični materializem obravnava prostor in čas kot objektivne oblike obstoja materije. Prostor in čas brez materije ne moreta obstajati. V teoretični mehaniki pravijo, da se prostor, ki vključuje gibljiva telesa, imenuje tridimenzionalni evklidski prostor.
V primerjavi s teoretično mehaniko, teorija relativnosti temelji na drugih konceptih prostora in časa. Ta pojav nove geometrije, ki jo je ustvaril Lobačevski, je pomagal. Za razliko od Newtona Lobačevski ni ločil prostora in časa od vida, saj je slednje smatral za spremembo položaja nekaterih teles glede na druga. V lastnem delu je poudaril, da je v naravi človeku poznano le gibanje, brez katerega čutna predstavitev postane nemogoča. Iz tega sledi, da so vsi drugi koncepti, na primer geometrijski, umetno ustvarjeni z umom.
Iz tega je jasno, da se prostor obravnava kot manifestacija povezave med gibljivimi telesi. Skoraj stoletje pred teorijo relativnosti je Lobačevski poudaril, da je evklidska geometrija povezana z abstraktnimi geometrijskimi sistemi, medtem ko v fizičnem svetu prostorske odnose določa fizična geometrija, ki se razlikuje od evklidske, v kateri se združujejo lastnosti časa in prostora. z lastnostmi snovi, ki se gibljejo v prostoru in času.
NeOmeniti velja, da so se vodilni znanstveniki iz Rusije na področju mehanike zavestno držali pravilnih materialističnih stališč pri interpretaciji vseh glavnih definicij teoretične mehanike, zlasti časa in prostora. Hkrati je mnenje o prostoru in času v teoriji relativnosti podobno idejam o prostoru in času privržencev marksizma, ki so nastale pred nastankom del o teoriji relativnosti.
Pri delu s teoretično mehaniko pri merjenju prostora se kot glavna enota vzame števec, kot čas pa sekunda. Čas je v vsakem referenčnem okviru enak in je neodvisen od menjavanja teh sistemov med seboj. Čas je označen s simbolom in se obravnava kot neprekinjena spremenljivka, ki se uporablja kot argument. Pri merjenju časa se uporabljajo definicije časovnega intervala, trenutka časa, začetnega časa, ki so vključene v osnovne pojme in aksiome statike.
Tehnična mehanika
V praktični uporabi so osnovni koncepti in aksiomi statike in tehnične mehanike medsebojno povezani. V tehnični mehaniki se proučuje tako mehanski proces samega gibanja kot tudi možnost njegove uporabe v praktične namene. Na primer, pri ustvarjanju tehničnih in gradbenih konstrukcij ter njihovem testiranju na trdnost, kar zahteva kratko poznavanje osnovnih konceptov in aksiomov statike. Hkrati je tako kratka študija primerna samo za amaterje. V specializiranih izobraževalnih ustanovah je ta tema zelo pomembna, na primer v primeru sistema sil, osnovnih pojmov inaksiomi statike.
V tehnični mehaniki se uporabljajo tudi zgornji aksiomi. Na primer, aksiom 1, osnovni pojmi in aksiomi statike so povezani s tem razdelkom. Medtem ko že prvi aksiom pojasnjuje načelo ohranjanja ravnotežja. V tehnični mehaniki je pomembna vloga ne le ustvarjanju naprav, temveč tudi stabilnim konstrukcijam, pri gradnji katerih sta stabilnost in trdnost glavna merila. Vendar pa bo nemogoče ustvariti nekaj takega brez poznavanja osnovnih aksiomov.
Splošne opombe
Najenostavnejše oblike gibanja trdnih teles vključujejo translacijsko in rotacijsko gibanje telesa. V kinematiki togih teles se za različne vrste gibanja upoštevajo kinematične značilnosti gibanja njegovih različnih točk. Rotacijsko gibanje telesa okoli fiksne točke je takšno gibanje, pri katerem ravna črta, ki med gibanjem telesa poteka skozi par poljubnih točk, ostane v mirovanju. Ta ravna črta se imenuje os vrtenja telesa.
V zgornjem besedilu so bili na kratko podani osnovni koncepti in aksiomi statike. Hkrati je na voljo velika količina informacij tretjih oseb, s katerimi lahko bolje razumete statiko. Ne pozabite na osnovne podatke, v večini primerov osnovni koncepti in aksiomi statike vključujejo absolutno togo telo, saj je to neke vrste standard za objekt, ki ga v normalnih pogojih morda ni mogoče doseči.
Potem se moramo spomniti aksiomov. Na primer, osnovni koncepti in aksiomimed njimi so statika, vezi in njihove reakcije. Kljub temu, da številni aksiomi pojasnjujejo le načelo ohranjanja ravnotežja ali enakomernega gibanja, to ne izniči njihovega pomena. Od šolskega tečaja se te aksiome in pravila preučujejo, saj so dobro znani Newtonovi zakoni. Potreba po njihovi omembi je povezana s praktično uporabo znanja statike in mehanike nasploh. Primer je bila tehnična mehanika, pri kateri je poleg ustvarjanja mehanizmov potrebno razumeti načelo oblikovanja trajnostnih zgradb. Zahvaljujoč tem informacijam je možna pravilna konstrukcija navadnih konstrukcij.
