Statika je znanost o metodah za kvantificiranje sile interakcije med telesi. Te sile so odgovorne za ohranjanje ravnotežja, premikanje teles ali spreminjanje njihove oblike. V vsakdanjem življenju lahko vsak dan vidite veliko različnih primerov. Gibanje in spremembe oblike so ključnega pomena za funkcionalnost umetnih in naravnih predmetov.
Koncept statike
Osnovi statike so bili postavljeni pred več kot 2200 leti, ko so starogrški matematik Arhimed in drugi znanstveniki tistega časa preučevali ojačevalne lastnosti in izumljali preproste mehanizme, kot sta vzvod in os. Statika je veja mehanike, ki obravnava sile, ki delujejo na telesa v mirovanju pod pogojem ravnotežja.
To je veja fizike, ki omogoča analitične in grafične postopke, potrebne za identifikacijo in opis teh neznanih sil. Oddelek »statika« (fizika) ima pomembno vlogo v mnogih vejah tehnike, strojništva,civilno, letalsko in bioinženiring, ki se ukvarjajo z različnimi učinki sil. Ko telo miruje ali se giblje z enakomerno hitrostjo, potem govorimo o tem področju fizike. Statika je študij ravnotežja telesa.
Metode in rezultati te veje znanosti so se izkazali za posebej uporabne pri načrtovanju zgradb, mostov in jezov ter žerjavov in drugih podobnih mehanskih naprav. Da bi lahko izračunali dimenzije takšnih konstrukcij in opreme, morajo arhitekti in inženirji najprej določiti sile, ki delujejo na njihove med seboj povezane dele.
Aksiomi statike
Statika je veja fizike, ki preučuje pogoje, pod katerimi mehanski in drugi sistemi ostanejo v določenem stanju, ki se s časom ne spreminja. Ta del fizike temelji na petih osnovnih aksiomih:
1. Togo telo je v stanju statičnega ravnotežja, če nanj delujeta dve sili enake jakosti, ležita na isti liniji delovanja in sta usmerjeni v nasprotni smeri vzdolž iste črte.
2. Togo telo bo ostalo v statičnem stanju, dokler nanj ne bodo vplivale zunanje sile ali sistem sil.
3. Rezultanta dveh sil, ki delujeta na isti materialni točki, je enaka vektorski vsoti obeh sil. Ta aksiom upošteva načelo vektorskega seštevanja.
4. Dve medsebojno delujoči telesi reagirata drug na drugega z dvema silama enake intenzivnosti v nasprotnih smereh vzdolž iste linije delovanja. toleaksiom se imenuje tudi princip delovanja in reakcije.
5. Če je deformabilno telo v stanju statičnega ravnotežja, ne bo moteno, če fizično telo ostane v trdnem stanju. Ta aksiom se imenuje tudi načelo strjevanja.
mehanika in njeni odseki
Fizika v grščini (physikos - "naravno" in "physis" - "narava") dobesedno pomeni znanost, ki se ukvarja z naravo. Zajema vse znane zakonitosti in lastnosti snovi ter sile, ki delujejo nanjo, vključno z gravitacijo, toploto, svetlobo, magnetizmom, elektriko in drugimi silami, ki lahko spremenijo osnovne značilnosti predmetov. Ena od vej znanosti je mehanika, ki vključuje tako pomembne pododdelke, kot sta statika in dinamika, pa tudi kinematika.
Mehanika je veja fizike, ki proučuje sile, predmete ali telesa, ki mirujejo ali se gibljejo. Je eden največjih subjektov na področju znanosti in tehnologije. Naloge v statiki vključujejo preučevanje stanja teles pod vplivom različnih sil. Kinematika je veja fizike (mehanike), ki preučuje gibanje predmetov, ne glede na sile, ki povzročajo gibanje.
Teoretična mehanika: statika
Mehanika je fizikalna veda, ki obravnava obnašanje teles pod delovanjem sil. Obstajajo 3 kategorije mehanike: absolutno togo telo, deformabilna telesa in tekočina. Togo telo je telo, ki se pod delovanjem ne deformirasile. Teoretična mehanika (statika - del mehanike absolutno togega telesa) vključuje tudi dinamiko, ki pa je razdeljena na kinematiko in kinetiko.
Mehanika deformabilnega telesa obravnava porazdelitev sil znotraj telesa in posledične deformacije. Te notranje sile povzročajo določene napetosti v telesu, ki lahko sčasoma privedejo do spremembe v samem materialu. Ta vprašanja se preučujejo na tečajih o trdnosti materialov.
Mehanika tekočin je veja mehanike, ki se ukvarja z porazdelitvijo sil znotraj tekočin ali plinov. Tekočine se pogosto uporabljajo v inženirstvu. Lahko jih razvrstimo kot nestisljive ali stisljive. Aplikacije vključujejo hidravliko, vesoljsko in še veliko več.
Koncept dinamike
Dynamics obravnava silo in gibanje. Edini način za spremembo gibanja telesa je uporaba sile. Poleg sile dinamika preučuje tudi druge fizikalne pojme, med katerimi so: energija, zagon, trk, težišče, navor in vztrajnostni moment.
Statično in dinamično sta popolnoma nasprotni stanji. Dinamika je preučevanje teles, ki niso v ravnotežju in se pojavi pospešek. Kinetika je preučevanje sil, ki povzročajo gibanje, ali sil, ki so posledica gibanja. Za razliko od takega koncepta, kot je statika, je kinematika nauk o gibanju telesa, ki ne upošteva dejstva, dakako poteka gibanje. Včasih se imenuje "geometrija gibanja".
Kinematika
Kinematični principi se pogosto uporabljajo za analizo določanja položaja, hitrosti in pospeška v različnih delih opreme med njenim delovanjem. Kinematika obravnava gibanje točke, telesa in sistema teles brez upoštevanja vzrokov za gibanje. Gibanje je opisano z vektorjem količin, kot so premik, hitrost in pospešek, skupaj z navedbo referenčnega okvira. Različne probleme v kinematiki rešujemo z enačbo gibanja.
Mehanika - statika: osnovne količine
Zgodovina mehanike sega več kot eno stoletje. Osnovna načela statike so bila razvita že zdavnaj. V zgodnjih civilizacijah so bile potrebne vse vrste vzvodov, nagnjenih ravnin in drugih principov za izgradnjo, na primer, tako velikih struktur, kot so piramide.
Temeljne količine v mehaniki so dolžina, čas, masa in sila. Prvi trije se imenujejo absolutni, neodvisni drug od drugega. Sila ni absolutna vrednost, saj je povezana z maso in spremembami hitrosti.
dolžina
Length je vrednost, ki se uporablja za opis položaja točke v prostoru glede na drugo točko. Ta razdalja se imenuje standardna enota dolžine. Splošno sprejeta standardna enota za merjenje dolžine je meter. Ta standardrazvijali in izboljševali z leti. Sprva je šlo za desetmilijonski del kvadranta zemeljske površine, s katerim je bilo precej težko izvajati meritve. 20. oktobra 1983 je bil meter opredeljen kot dolžina poti, ki jo je prepotovala svetloba v vakuumu v 1/299.792.458 sekunde.
Čas
Čas je določen interval med dvema dogodkoma. Splošno sprejeta standardna enota časa je sekunda. Drugi je bil prvotno opredeljen kot 1/86,4 Zemljine povprečne rotacijske dobe na svoji osi. Leta 1956 je bila definicija sekunde izboljšana na 1/31,556 časa, ki je potreben, da Zemlja opravi en obrat okoli Sonca.
masa
Masa je lastnost materije. Lahko si ga predstavljamo kot količino snovi, ki jo vsebuje telo. Ta kategorija opredeljuje učinek gravitacije na telo in odpornost na spremembo gibanja. Ta upor proti spremembi gibanja se imenuje vztrajnost, ki je posledica mase telesa. Splošno sprejeta enota za maso je kilogram.
Power
Sila je izpeljana enota, vendar zelo pomembna enota pri študiju mehanike. Pogosto je opredeljena kot delovanje enega telesa na drugo in je lahko ali pa tudi ne posledica neposrednega stika med telesi. Gravitacijske in elektromagnetne sile so primeri posledic takega udarca. Obstajata dva principa vpliva, sil, ki težijo k spremembi gibanja sistema, in ki težijo k temudeformacije. Osnovna enota za silo je Newton v sistemu SI in funt v angleškem sistemu.
Ravnovesne enačbe
Statično pomeni, da so predmeti popolnoma trdni. Vsota vseh sil, ki delujejo na telo v mirovanju, mora biti enaka nič, to pomeni, da se vpletene sile med seboj uravnotežijo in ne sme biti težnje za sile, ki bi lahko telo obrnile okoli katere koli osi. Ti pogoji so neodvisni drug od drugega in njihov izraz v matematični obliki sestavljajo tako imenovane ravnotežne enačbe.
Obstajajo tri ravnotežne enačbe, zato je mogoče izračunati samo tri neznane sile. Če obstajajo več kot tri neznane sile, to pomeni, da je v konstrukciji ali stroju več komponent, kot je potrebnih za podporo določenim obremenitvam, ali da obstaja več omejitev, kot je potrebno, da se telo ne premika.
Takšne nepotrebne komponente ali omejitve imenujemo redundantne (na primer miza s štirimi nogami ima eno odvečno), sistem sil pa je statično nedoločen. Število enačb, ki so na voljo v statiki, je omejeno, saj vsako togo telo ostane trdno pod kakršnimi koli pogoji, ne glede na obliko in velikost.
