Statika je věda o metodách pro kvantifikaci síly interakce mezi tělesy. Tyto síly jsou zodpovědné za udržení rovnováhy, pohyb těles nebo změnu jejich tvaru. V každodenním životě můžete každý den vidět mnoho různých příkladů. Pohyb a změny tvaru jsou zásadní pro funkčnost umělých i přírodních objektů.
Koncept statiky
Základy statiky byly položeny před více než 2200 lety, kdy starověký řecký matematik Archimedes a další vědci té doby studovali zesilovací vlastnosti a vynalézali jednoduché mechanismy, jako je páka a náprava. Statika je odvětví mechaniky, které se zabývá silami, které působí na tělesa v klidu za podmínek rovnováhy.
Toto je odvětví fyziky, které umožňuje analytické a grafické postupy potřebné k identifikaci a popisu těchto neznámých sil. Sekce "statika" (fyzika) hraje důležitou roli v mnoha oborech strojírenství, strojírenství,civilní, letecké a bioinženýrství, které se zabývají různými účinky sil. Když je tělo v klidu nebo se pohybuje rovnoměrnou rychlostí, pak mluvíme o této oblasti fyziky. Statika je studium těla v rovnováze.
Metody a výsledky tohoto vědního oboru se ukázaly jako zvláště užitečné při navrhování budov, mostů a přehrad, jakož i jeřábů a jiných podobných mechanických zařízení. Aby architekti a inženýři mohli vypočítat rozměry takových konstrukcí a zařízení, musí nejprve určit síly, které působí na jejich propojené části.
Axiomy statiky
Statika je obor fyziky, který studuje podmínky, za kterých mechanické a jiné systémy zůstávají v určitém stavu, který se časem nemění. Tato část fyziky je založena na pěti základních axiomech:
1. Tuhé těleso je ve stavu statické rovnováhy, pokud na něj působí dvě síly stejné intenzity, leží na stejné akční linii a směřují v opačných směrech podél téže přímky.
2. Tuhé těleso zůstane ve statickém stavu, dokud na něj nebudou působit vnější síly nebo soustava sil.
3. Výslednice dvou sil působících ve stejném hmotném bodě je rovna vektorovému součtu obou sil. Tento axiom se řídí principem vektorového sčítání.
4. Dvě interagující tělesa na sebe reagují dvěma silami stejné intenzity v opačných směrech podél stejné akční linie. Tentoaxiom se také nazývá princip akce a reakce.
5. Pokud je deformovatelné těleso ve stavu statické rovnováhy, nebude narušeno, pokud fyzické tělo zůstane v pevném stavu. Tento axiom se také nazývá princip tuhnutí.
Mechanika a její sekce
Fyzika v řečtině (physikos - "přirozený" a "physis" - "příroda") doslova znamená vědu, která se zabývá přírodou. Pokrývá všechny známé zákony a vlastnosti hmoty, stejně jako síly na ni působící, včetně gravitace, tepla, světla, magnetismu, elektřiny a dalších sil, které mohou měnit základní charakteristiky objektů. Jedním z vědních oborů je mechanika, která zahrnuje tak důležité podsekce, jako je statika a dynamika, stejně jako kinematika.
Mechanika je obor fyziky, který studuje síly, objekty nebo tělesa, která jsou v klidu nebo v pohybu. Je jedním z největších subjektů v oblasti vědy a techniky. Mezi úkoly ve statice patří studium stavu těles pod vlivem různých sil. Kinematika je odvětví fyziky (mechaniky), které studuje pohyb objektů bez ohledu na síly, které pohyb způsobují.
Teoretická mechanika: statika
Mechanika je fyzikální věda, která uvažuje o chování těles při působení sil. Existují 3 kategorie mechaniky: absolutně tuhé těleso, deformovatelná tělesa a kapalina. Tuhé těleso je těleso, které se působením nedeformujesíly. Teoretická mechanika (statika - součást mechaniky absolutně tuhého tělesa) zahrnuje i dynamiku, která se zase dělí na kinematiku a kinetiku.
Mechanika deformovatelného tělesa se zabývá rozložením sil uvnitř tělesa a výslednými deformacemi. Tyto vnitřní síly způsobují v tělese určitá napětí, která nakonec mohou vést ke změně materiálu samotného. Tyto problémy jsou studovány v kurzech pevnosti materiálů.
Mechanika tekutin je odvětví mechaniky, které se zabývá rozložením sil v kapalinách nebo plynech. Kapaliny jsou široce používány ve strojírenství. Mohou být klasifikovány jako nestlačitelné nebo stlačitelné. Aplikace zahrnují hydrauliku, letectví a mnoho dalších.
Pojem dynamiky
Dynamika se zabývá silou a pohybem. Jediný způsob, jak změnit pohyb těla, je použít sílu. Spolu se silou dynamika studuje další fyzikální pojmy, mezi které patří: energie, hybnost, srážka, těžiště, točivý moment a moment setrvačnosti.
Statické a dynamické jsou zcela opačné stavy. Dynamika je studium těles, která nejsou v rovnováze a dochází ke zrychlení. Kinetika je studium sil, které způsobují pohyb, nebo sil, které jsou výsledkem pohybu. Na rozdíl od takového konceptu, jako je statika, je kinematika naukou o pohybu tělesa, která nebere v úvahu skutečnost, žejak se pohyb provádí. Někdy je označována jako „geometrie pohybu“.
Kinematika
Kinematické principy se často používají k analýze určování polohy, rychlosti a zrychlení v různých částech zařízení během jeho provozu. Kinematika uvažuje o pohybu bodu, tělesa a soustavy těles bez ohledu na příčiny pohybu. Pohyb je popsán vektorem veličin, jako je výchylka, rychlost a zrychlení spolu s indikací vztažné soustavy. Různé problémy v kinematice se řeší pomocí pohybové rovnice.
Mechanika - statika: základní veličiny
Historie mechaniky trvá více než jedno století. Základní principy statiky byly vyvinuty již dávno. Všechny druhy pák, nakloněných rovin a dalších principů byly během raných civilizací potřeba ke stavbě například tak obrovských staveb, jako jsou pyramidy.
Základní veličiny v mechanice jsou délka, čas, hmotnost a síla. První tři se nazývají absolutní, na sobě nezávislé. Síla není absolutní hodnota, protože souvisí s hmotností a změnami rychlosti.
Length
Délka je hodnota používaná k popisu polohy bodu v prostoru vzhledem k jinému bodu. Tato vzdálenost se nazývá standardní jednotka délky. Obecně uznávanou standardní jednotkou pro měření délky je metr. Tento standardse v průběhu let vyvíjel a zdokonaloval. Zpočátku to byla jedna desetimiliontá část kvadrantu zemského povrchu, se kterou bylo docela obtížné provádět měření. 20. října 1983 byl metr definován jako délka dráhy, kterou urazí světlo ve vakuu za 1/299,792,458 sekundy.
Čas
Čas je určitý interval mezi dvěma událostmi. Obecně uznávanou standardní jednotkou času je sekunda. Druhá byla původně definována jako 1/86,4 střední rotační periody Země na její ose. V roce 1956 byla definice sekundy vylepšena na 1/31,556 času, který Země potřebuje k dokončení jedné otáčky kolem Slunce.
Hmotnost
Hmotnost je vlastnost hmoty. Lze si to představit jako množství hmoty obsažené v těle. Tato kategorie definuje vliv gravitace na tělo a odolnost vůči změnám pohybu. Tento odpor vůči změně pohybu se nazývá setrvačnost, která je výsledkem hmotnosti tělesa. Obecně uznávanou jednotkou hmotnosti je kilogram.
Síla
Síla je odvozená jednotka, ale velmi důležitá jednotka při studiu mechaniky. Často se definuje jako působení jednoho tělesa na druhé a může nebo nemusí být výsledkem přímého kontaktu mezi tělesy. Příkladem výsledku takového dopadu jsou gravitační a elektromagnetické síly. Existují dva principy vlivu, sil, které mají tendenci měnit pohyby systému, a které mají tendenci měnitdeformací. Základní jednotkou síly je Newton v soustavě SI a libra v anglické soustavě.
Rovnice rovnováhy
Statický znamená, že příslušné objekty jsou absolutně pevné. Součet všech sil působících na těleso v klidu se musí rovnat nule, to znamená, že zúčastněné síly se vzájemně vyrovnávají a neměly by existovat žádné tendence k silám schopným otočit těleso kolem jakékoli osy. Tyto podmínky jsou na sobě nezávislé a jejich vyjádření v matematické formě tvoří tzv. rovnice rovnováhy.
Existují tři rovnovážné rovnice, a proto lze vypočítat pouze tři neznámé síly. Pokud existují více než tři neznámé síly, znamená to, že v konstrukci nebo stroji je více součástí, než je nutné k unesení určitých zatížení, nebo že existuje více omezení, než je nutné, aby se těleso nepohybovalo.
Takové nepotřebné komponenty nebo vazby se nazývají redundantní (například stůl se čtyřmi nohami má jednu redundantní) a systém sil je staticky neurčitý. Počet rovnic dostupných ve statice je omezený, protože jakékoli tuhé těleso zůstává pevné za jakýchkoli podmínek, bez ohledu na tvar a velikost.
