Статика - це Теоретична механіка, статика
Статика – це наука
Зміст
Поняття статики
Основи статики були закладені більше 2200 років тому, коли давньогрецький математик Архімед та інші вчені того часу займалися вивченням підсилювальних властивостей і винаходом простих механізмів, таких як важіль і вісь. Статика – це розділ механіки, який має справу з силами, які впливають на тіла в стані спокою за умови рівноваги.
Це розділ фізики, який робить можливими аналітичні та графічні процедури, необхідні для визначення та опису цих невідомих сил. Розділ "статика" (фізика) відіграє важливу роль у багатьох галузях машинобудування, механічної, цивільної, авіаційної та біоінженерії, які мають справу з різними наслідками сил. Коли тіло знаходиться в стані спокою або рухається з рівномірною швидкістю, то мова йде про цю галузі фізики. Статика – це вивчення тіла в рівновазі.
Методи і результати даного розділу науки виявилися особливо корисними при проектуванні будинків, мостів і гребель, а також кранів та інших подібних механічних пристроїв. Щоб мати можливість розрахувати розміри таких конструкцій та обладнання, архітектори та інженери повинні спочатку визначити сили, які діють на їх взаємопов'язані частини.
Аксіоми статики
Статика – це розділ фізики, який вивчає умови, при яких механічні та інші системи залишаються в певному стані, який не змінюється з часом. Цей розділ фізики спирається на п'ять основних аксіом:
1. Тверде тіло знаходиться в стані статичної рівноваги, якщо на нього діють дві сили, що мають однакову інтенсивність, лежать на одній лінії дії і спрямовані в протилежні сторони уздовж однієї лінії.
2. Тверде тіло буде перебувати в статичному стані доти, поки на нього не нададуть вплив зовнішні сили або система сил.
3. Рівнодіюча двох сил, що діють в тій же матеріальної точці, дорівнює векторній сумі двох сил. Ця аксіома підпорядковується принципу векторного підсумовування.
4. Два взаємодіючих тіла реагують один на одного з двома силами, рівними по інтенсивності в протилежних напрямках уздовж однієї лінії дії. Ця аксіома також називається принципом дії і протидії.
5. Якщо деформируемое тіло знаходиться в стані статичного балансу, воно не порушиться, якщо фізичне тіло залишиться в твердому стані. Цю аксіому також називають принципом тужавіння.
Механіка і її розділи
Фізика в перекладі з грецької (physikos – "природний" і "физис" – "природа") дослівно означає науку, яка займається природою. Вона охоплює всі відомі закони і властивості матерії, а також сили, що діють на неї, серед яких гравітація, тепло, світло, магнетизм, електрику та інші сили, які здатні змінити основні характеристики предметів. Одним з розділів науки є механіка, що включає такі важливі підрозділи, як статика і динаміка, а також кінематика.
Механіка – розділ фізики, який займається вивченням сил, об'єктів або тіл, що знаходяться у спокої або в русі. Це один з найбільших суб'єктів в галузі науки і техніки. Завдання по статиці включають в себе вивчення стану тіл під впливом різних сил. Кінематика – розділ фізики (механіки), який вивчає переміщення об'єктів незалежно від сил, що викликають рух.
Теоретична механіка: статика
Механіка – це фізична наука, яка розглядає поведінку тіл під дією сил. Виділяють 3 категорії механіки: абсолютно твердого тіла, деформівних тіл і рідини. Тверде тіло – це тіло, яке не деформується під дією сил. Теоретична механіка (статика – частина механіки абсолютно твердого тіла) включає також і динаміку, яка, у свою чергу, підрозділяється на кінематику і кінетику.
Механіка деформівного тіла займається питаннями розподілу сил всередині тіла і спричинених у зв'язку з цим деформацій. Ці внутрішні сили викликають певні напруги в тілі, які в кінцевому підсумку можуть призвести до зміни самого матеріалу. Ці питання вивчаються на курсах сопромату з опору матеріалів.
Механіка рідини – це розділ механіки, яка займається питаннями розподілу сил всередині рідин або газів. Рідини широко використовуються в інженерії. Вони можуть бути класифіковані як нестискувані або стискувані. Областями застосування є гідравліка, аерокосмічна галузь і багато інших.
Поняття про динаміку
Динаміка має справу з силою і рухом. Єдиний спосіб змінити рух тіла – це використовувати силу. Поряд з силою динаміка вивчає інші фізичні поняття, серед яких наступні: енергія, імпульс, колізія, центр ваги, крутний момент і момент інерції.
Статика і динаміка є абсолютно протилежними станами. Динаміка – це вчення про тіла, які не перебувають у рівновазі, при цьому виникає прискорення. Кінетика займається вивченням сил, що викликають рух, або сил, які виникають в результаті руху. На відміну від такого поняття, як статика, кінематика – вчення про рух тіла, в якому не враховується той факт, яким саме чином виробляється рух. Іноді її називають "геометрією руху".
Кінематика
Кінематичні принципи часто застосовуються для аналізу визначення позиції, швидкості і прискорення в різних частинах обладнання під час його експлуатації. Кінематика розглядає рух точки, тіла і системи тіл без розгляду причин руху. Рух описується вектором величин, таких, як переміщення, швидкість і прискорення поруч із зазначенням системи відліку. Різні проблеми в кінематиці вирішуються за допомогою рівняння руху.
Механіка – статика: фундаментальні величини
Історія механіки налічує не одне століття. Основні принципи статики були розроблені вже давним-давно. Всілякі важелі, похилі площини і інші принципи були необхідні в часи ранніх цивілізацій для побудови, наприклад, таких величезних конструкцій, як піраміди.
Фундаментальними величинами в механіці є довжина, час, маса і сила. Перші три називаються абсолютними, не залежними один від одного. Сила не є абсолютною величиною, оскільки вона пов'язана з масою і змінами швидкості.
Довжина
Довжина – це величина, яка використовується для опису положення точки в просторі щодо іншої точки. Ця відстань називається стандартною одиницею довжини. Загальноприйнятою стандартної одиницею вимірювання довжини є метр. Цей стандарт формувався і вдосконалювався протягом багатьох років. Спочатку це була одна десятимільйонна частина земної поверхні квадранті, за допомогою якої проводити вимірювання було досить складно. 20 жовтня 1983 метр був визначений як довжина шляху, пройденого світлом у вакуумі за 1 / 299,792,458 секунди.
Час
Час – це певний інтервал між двома подіями. Загальноприйнятою стандартної одиницею часу є секунда. Другий був спочатку визначений як 1 / 86,4 середнього періоду обертання Землі навколо своєї осі. У 1956 році визначення секунди було вдосконалено і склало 1 / 31,556 часу, необхідного для повного обороту, який здійснює Земля навколо Сонця.
Маса
Маса – це властивість матерії. Її можна розглядати як кількість речовини, що міститься в тілі. Ця категорія визначає вплив тяжкості на тіло і опір змінам в русі. Це опір зміні руху називається інерцією, яка є результатом маси тіла. Загальноприйнятою одиницею маси є кілограм.
Сила
Сила – це похідна одиниця, але дуже важливий блок у вивченні механіки. Вона часто визначається як дія одного тіла на інше, а також може бути чи не бути результатом прямого контакту між тілами. Гравітаційні і електромагнітні сили є прикладами результату такого впливу. Існує два принципу впливу, сил, які прагнуть змінити руху системи і які мають тенденцію до її деформації. Основною одиницею сили є Ньютон в системі СІ і фунт в англійській системі.
Рівняння рівноваги
Статика припускає, що предмети, про які йде мова, є абсолютно твердими. Сума всіх сил, що діють на тіло в стані спокою, повинна бути дорівнює нулю, тобто беруть участь сили врівноважують один одного і не повинно бути ніякої тенденції для сил, здатних повернути тіло навколо будь-якої осі. Ці умови є незалежними один від одного, і їх вираження в математичній формі складає так звані рівняння рівноваги.
Існує три рівняння рівноваги, і тому лише три невідомі сили можуть бути обчислені. Якщо невідомих сил буде більше трьох, це означає, що компонентів у структурі або машині дещо більше, ніж потрібно для підтримки певних навантажень, або що існує більше обмежень, ніж необхідно, щоб утримати тіло від переміщення.
Такі непотрібні компоненти або обмеження називаються надлишковими (наприклад, стіл на чотирьох ніжках має одну надлишкову), і система сил є статично невизначеною. Число рівнянь, доступних в статиці, обмежена, так як будь-яке тверде тіло залишається твердим при будь-яких умовах, незалежно від форми і розміру.