Static Este ramura Mecanicii care studiază echilibrul corpurilor rigide, supus acțiunii diferitelor forțe. Atunci când un corp este rigid, particulele care îl alcătuiesc nu își schimbă pozițiile relative și, prin urmare, obiectul nu este deformabil..
Astfel de obiecte pot fi în echilibru indiferent dacă sunt în repaus (echilibru static) sau dacă sunt în mișcare (echilibru dinamic), numai în acest din urmă caz, mișcarea trebuie să fie uniformă rectilinie.
În cazul structurilor precum clădiri, poduri și drumuri, echilibrul static este de mare interes, pentru ca construcția să rămână stabilă în timp, cum ar fi apeductul roman superior.
Statica nu se limitează însă la domeniul ingineriei civile. Este, de asemenea, aplicabil echilibrului particulelor încărcate electric și al obiectelor scufundate în medii continue, cum ar fi aerul și apa..
Indice articol
Statica a avut o dezvoltare istorică timpurie, apărută din necesitatea de a construi structuri fixe pe măsură ce orașele au fost înființate. Vechii egipteni și-au părăsit monumentele drept dovadă; știau mașini simple precum scripete, pârghii și planuri înclinate.
Alte civilizații ale lumii antice, ale căror monumente supraviețuiesc până în prezent, au cunoscut și principiile fundamentale, dar grecii au început să își sistematizeze studiul..
Marele fizician grec Arhimede din Siracuza (287-212 î.Hr.) a stabilit bazele utilizării pârghiei și a echilibrului corpurilor scufundate - hidrostatice-.
Mai târziu, alți mari oameni de știință precum Leonardo și Galileo au adus contribuții importante. Acesta din urmă a stabilit că o forță netă nu era necesară pentru a menține mișcarea unui corp (echilibru dinamic).
De asemenea, sunt de remarcat Simon Stevin (1548-1620), primul care a observat paradoxul hidrostatic și a descris echilibrul corpurilor pe planul înclinat.
Mai târziu Isaac Newton (1642-1727) a dat formulării staticii impulsul final cu cele trei legi ale sale mecanice.
Următoarea contribuție de menționat datorită relevanței sale a fost făcută de D'Alembert și de conceptul de forță inerțială. Datorită acestui fapt, este posibil să se studieze problemele dinamice prin conceptul de echilibru..
Din lunga listă de oameni de știință și ingineri care au contribuit la statică, trebuie să menționăm numele lui Euler și Lagrange, care au dezvoltat tehnici matematice pentru a-și modela aplicațiile..
Cuvantul static provine din cuvântul grecesc pentru a desemna ceea ce este staționar.
Această ramură importantă a mecanicii este fundamentul construcțiilor pe care le locuim și nu numai, deoarece există și alte domenii în care sunt aplicate principiile sale:
Studiază echilibrul corpurilor din aer.
Aplicați principiile statice corpurilor scufundate în apă sau alte lichide.
Ramură importantă a electromagnetismului care studiază sarcinile electrice în echilibru static.
Este ramura dedicată studiului câmpurilor magnetice care nu variază în timp..
În prima instanță, Statics presupune că un obiect este modelat ca și cum ar fi o particulă sau un punct material, fără dimensiuni măsurabile, dar da, cu masă..
Când corpul este tratat ca o particulă, spunem că se află în echilibru static atunci când forța rezultantă asupra acestuia este zero.
Un model mai realist presupune că obiectele sunt corpuri extinse, compuse dintr-o multitudine de particule, ceea ce înseamnă că forțele pot fi aplicate în diferite puncte.
Acest lucru este foarte important, deoarece aceste efecte pot fi:
-Dinamic, legat de mișcare sau lipsa acesteia,
-Deformatori, prin schimbările de formă pe care le suferă corpurile supuse forțelor.
Statica presupune că obiectele sunt rigide și nedeformabile, prin urmare nu studiază efectele deformării, ci cele dinamice..
Deoarece dimensiunile obiectului studiat sunt măsurabile, forțele pot fi aplicate în diferite locuri și este posibil ca, deși nu îl transferă, să îl facă să se rotească. În acest caz, obiectul nu ar mai fi în echilibru static.
Aplicațiile staticii sunt peste tot, motiv pentru care ramura mecanicii este cea care are cele mai multe utilizări, deși de multe ori nu ne dăm seama:
Principiile staticii pot fi aplicate mobilierului, dulapurilor, aparatelor, lămpilor, cărților și oricărui obiect aflat în repaus în interiorul unei case. Ne asigurăm continuu ca lucrurile să nu cadă, să se răstoarne sau să schimbe accidental locurile.
În același mod, constructorii clădirilor pe care le locuim se asigură că nu se prăbușesc sau nu experimentează mișcări care pun în pericol viața locuitorilor..
Aceste principii sunt aplicate și în construcția de drumuri și poduri..
Statica este, de asemenea, aplicată în proiectarea și construcția pieselor pentru mașini.
Unele părți sunt în mod evident mobile, dar altele nu. De aceea, inginerii se asigură că utilajele construite nu se prăbușesc, nu explodează sau se sfărâmă în niciun fel..
Fundamentul staticii este studiul forțelor și acțiunilor pe care le exercită prin cele trei legi ale mecanicii lui Newton:
Un corp rămâne în repaus sau în mișcare rectilinie uniformă, cu excepția cazului în care o forță dezechilibrată îl determină să-și schimbe starea de mișcare..
Suma forțelor care acționează asupra unui corp, numită forța rezultantă FR, este egal cu produsul masei m (un scalar) accelerează ori la (un vector).
Pentru statică, a doua lege a lui Newton ia forma:
FR = 0
Deoarece repausul sau mișcarea rectilinie uniformă are ca rezultat accelerarea zero.
Dacă corpul 1 exercită o forță asupra corpului 2, numit F12, corpul 2 exercită la rândul său o forță asupra corpului 1, notat ca Fdouăzeci și unu, în așa fel încât F12 Da Fdouăzeci și unu au aceeași intensitate și direcție opusă:
F12 = - Fdouăzeci și unu
Am spus mai devreme că este posibil ca forțele, deși nu provoacă mișcare de translație în corp, să poată, în funcție de modul în care sunt aplicate, să se rotească.
Ei bine, se numește magnitudinea fizică care determină dacă un corp se rotește sau nu cuplu sau moment al unei forțe, notat ca M.
Cuplul sau momentul unei forțe F depinde de intensitatea acestui, vectorul r care merge de la punctul de aplicare al aceluiași la axa de rotație și, în cele din urmă, unghiul de aplicare. Toate acestea prin produsul încrucișat sau produsul vectorial între r Da F:
M = r X F (Unități SI: N.m)
Un obiect se poate roti în jurul diferitelor axe, prin urmare momentul este calculat întotdeauna în jurul unei anumite axe. Și pentru ca corpul să rămână static, este necesar ca toate momentele să fie zero.
Acestea sunt condițiile necesare pentru ca un solid rigid să fie în echilibru static, motiv pentru care sunt cunoscute sub numele de condiții de echilibru:
Suma forțelor care acționează asupra corpului trebuie anulată. În formă matematică:
∑ Feu = 0
În ceea ce privește forțele care acționează asupra unui corp, acestea sunt împărțite în interne și externe.
Forțele interne sunt responsabile pentru menținerea corpului coeziv. De exemplu, o mașină este alcătuită din mai multe piese care, atunci când sunt articulate corespunzător, fac mașina să se miște în ansamblu, datorită forțelor interne dintre articulațiile pieselor..
La rândul lor, forțele externe sunt cele exercitate de alte corpuri asupra obiectului studiat.
În exemplul mașinii, forțele pot fi greutatea exercitată de Pământ, suportul oferit de suprafață, aplicat pe roți și fricțiunea dintre anvelope și trotuar.
În plus, Statics ia în considerare o serie de suporturi, reacții și legături, în funcție de elementele luate în considerare și de posibilitățile de mișcare care există..
Sumarea momentelor în jurul unei axe arbitrare trebuie, de asemenea, anulată, pe care o exprimăm după cum urmează:
∑ Meu = 0
Când condițiile de echilibru sunt aplicate unui corp în plan, forțele trebuie descompuse în cele două componente cartesiene x și y. Procedând astfel, se obțin două ecuații, una pentru fiecare componentă.
A doua condiție de echilibru ne permite, prin momente, să adăugăm o a treia ecuație.
Pe de altă parte, pentru obiectele tridimensionale, numărul ecuațiilor crește la 6.
Trebuie remarcat faptul că respectarea condițiilor de echilibru este necesară pentru a asigura echilibrul static al unui corp..
Dar nu este suficient, deoarece există cazuri în care aceste condiții sunt îndeplinite, dar nu ne putem asigura că obiectul este în echilibru. Aceasta se întâmplă atunci când există o mișcare relativă între părțile obiectului, adică solidul este parțial legat.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.