Statisk historie, hvilke studier, applikasjoner, lover

De Statisk Det er grenen av mekanikk som studerer balansen mellom stive kropper, underlagt virkningen av forskjellige krefter. Når et legeme er stivt, endrer ikke partiklene som utgjør den.

Slike objekter kan finnes i likevekt, enten det er i ro (statisk balanse) som om de beveger seg (dynamisk balanse), bare i sistnevnte tilfelle må bevegelsen være ensartet rettlinjet.

Figur 1. Roman Aqueduct i Segovia, Spania. De gamle romerske utbyggerne brukte effektivt prinsippene for statisk. Kilde: Wikimedia Commons.

Når det gjelder strukturer som bygninger, broer og veier, statisk balanseinteresse.

Men statisk er ikke begrenset til feltet sivilingeniør. Det er også aktuelt for balansen mellom partikler med elektrisk ladning og gjenstander nedsenket i kontinuerlige medier, for eksempel luft og vann.

[TOC]

Statisk historie som en gren av mekanikk

Den statiske hadde en tidlig historisk utvikling, som følge av behovet for å bygge faste strukturer da byer ble etablert. De gamle egypterne forlot monumentene sine som bevis; De kjente enkle maskiner som remskiver, spaker og skrå planer.

Andre sivilisasjoner i den eldgamle verden, hvis monumenter overlever til i dag, kjente også de grunnleggende prinsippene, men det var grekerne som begynte å systematisere studien.

Den store greske fysikeren Archimedes of Syracuse (287-212 AC) etterlot grunnlaget for bruken av spaken og balansen mellom nedsenkede kropper -de hydrostatiske kroppene-.

Deretter ga andre store forskere som Leonardo og Galileo viktige bidrag. Sistnevnte slo fast at en nettokraft ikke var påkrevd for å opprettholde bevegelsen av et legeme (dynamisk balanse).

Galileo Galilei - Kilde: Domenico Tintoretto [Public Domain]

Simon Stevin (1548-1620) skiller seg også ut, den første som observerer det hydrostatiske paradokset og beskriver balansen mellom kroppene på det skrå planet.

Senere ga Isaac Newton (1642-1727) formuleringen av statisk den definitive impulsen med de tre mekanikklovene.

Figur 2. På venstre arkimedes av Syracuse og til høyre Isaac Newton, pionerer i studiet av statisk og mekanikk. Kilde: Wikimedia Commons.

Det neste bidraget til å nevne for sin relevans ble gitt av D'Arembert og begrepet treghetskraft. Takket være dette er det mulig å studere dynamiske problemer gjennom balansebegrepet.

Kan tjene deg: Bølgeamplitude: Karakteristikker, formler og trening

Fra den lange listen over forskere og ingeniører som bidro til statisk, må vi nevne navnene på Euler og LaGrange, som utviklet matematiske teknikker for å forme applikasjonene sine.

Hva studerer statisk?

Ordet statisk Det kommer fra det greske ordet for å utpeke hva som er stasjonært.

Denne viktige grenen av mekanikk er grunnlaget for konstruksjonene vi bor, og ikke bare det, siden det er andre felt der dets prinsipper gjelder:

Aerostatics

Studere balansen mellom kropper i luften.

Hydrostatisk

Bruker prinsippene for statisk for kropper nedsenket i vann eller andre væsker.

Elektrostatikk

Viktig gren av elektromagnetisme som studerer elektrisk belastning i statisk likevekt.

Magnetostatisk

Det er grenen dedikert til studiet av magnetfeltene som ikke varierer i tid.

Partikkel statisk

I første omgang antar den statiske at et objekt er modellert som om det var et partikkel eller materialpunkt, uten målbar størrelse, men ja, med masse.

Når det gjelder kroppen som en partikkel, sier vi at den er i statisk likevekt når den resulterende kraften på den er ugyldig.

Statisk av utvidede kropper

En modell som er mer knyttet til virkeligheten forutsetter at objekter er utvidede kropper, forbindelser av mangfold av partikler, noe som betyr at krefter kan brukes på forskjellige punkter.

Dette er veldig viktig, siden disse effektene kan være:

-Dynamisk, relatert til bevegelsen eller fraværet av den,

-Deformatorer, for endringene på en måte som kroppene som er utsatt for krefter opplever.

Den statiske forutsetter at objekter er stive og uformbare, derfor studerer de ikke de deformerte effektene, men dynamikken.

Når dimensjonene til objektet som er undersøkt er målbare, kan kreftene brukes på forskjellige steder, og det er mulig at selv om de ikke overfører det, kan de snu det. I dette tilfellet ville ikke objektet være i statisk balanse.

applikasjoner

Bruksområdene til statikken finnes overalt, og det er derfor det er grenen av mekanikk som har mest bruk, selv om vi mange ganger ikke skjønner det:

I hjemmet

Prinsippene for statisk for møbler, skap, apparater, lamper, bøker og ethvert hvilobjekt inne i et hus kan brukes. Vi sikrer kontinuerlig at ting ikke faller, ikke snur eller endrer plassene sine ved et uhell.

Det kan tjene deg: Stasjonær statsteori: Historie, forklaring, nyheter

I sivile konstruksjoner

Tilsvarende er bygningene av bygningene som vi bor, sikrer at de ikke kollapser eller opplever bevegelser som setter innbyggernes liv i fare.

Disse prinsippene gjelder også i konstruksjonen av veier og broer.

I maskindesign

Den statiske gjelder også design og konstruksjon av stykker for maskiner.

Noen stykker er åpenbart mobile, men andre er det ikke. Det er grunnen til at ingeniører sikrer meget godt av maskineriet som er bygget, det kollapser ikke, utnytter eller smuldrer på noen måte.

Figur 3.- Gay Enola på National Air & Space Museum i Washington DC. Prinsippene for statisk ble brukt til å henge den fra kabler underlagt utstillingshallen. Kilde: Wikimedia Commons.

Hovedlover for statisk

Grunnlaget for statisk er studiet av kreftene og handlingene de utøver gjennom de tre lovene i Newton of Mechanics:

Newtons første lov

Et legeme forblir i ro, eller i ensartet rettlinjet bevegelse, med mindre en ubalansert styrke får den til å endre bevegelsesuttalelsen.

Andre lov om Newton

Summen av kreftene som virker på et legeme, kalt den resulterende styrken F_R, Det er lik produktet av deigen m (en skalar) for akselerasjon til (En vektor).

For statisk Newtons andre lov vedtar form:

F_R = 0

Siden resten eller ensartet rettlinjet bevegelse oversettes til en null akselerasjon.

Newtons tredje lov

Hvis kroppen 1 utøver en styrke på kropp 2, kalt F₁₂, Kropp 2 utøver en styrke på kropp 1, betegnet som F_tjueen, på en slik måte at F₁₂ og F_tjueen De har samme intensitet og motsatt retning:

F₁₂ = - F_tjueen

Dreiemomentet eller en øyeblikk av en kraft

Tidligere sa vi at det er mulig at kreftene, selv om de ikke forårsaker bevegelse av oversettelse til kroppen, kan, avhengig av hvordan de gjelder, få den til å rotere.

Vel, den fysiske størrelsen som avgjør om en kropp ødelagt eller ikke kalles Dreiemoment enten Moment of Force, betegnet som M.

Dreiemomentet eller en øyeblikk av en kraft F Det avhenger av intensiteten av dette, vektoren r Det går fra anvendelsespunktet av det samme til rotasjonsaksen, og til slutt, av påføringsvinkelen. Alt gjennom kryssproduktet eller vektorproduktet mellom r og F:

Det kan tjene deg: Durometer: Hva er det for, hvordan fungerer, deler, typer

M = r x F  (Enheter si: n.m)

Et objekt kan rotere med hensyn til forskjellige akser, derfor beregnes øyeblikket alltid med hensyn til en bestemt akse. Og for at kroppen skal forbli statisk, er det nødvendig for alle øyeblikk å være null.

Likevektsforhold

De er de nødvendige betingelsene for at et stivt faststoff skal være i statisk balanse, så de er kjent som likevektsforhold:

Første balansetilstand

Summen av kreftene som virker på kroppen må avbrytes. I matematisk form:

∑ F_Yo = 0

Når det gjelder kreftene som virker på et legeme, er disse delt inn i interne og eksterne.

Interne krefter er ansvarlige for å holde kroppen sammenhengende. For eksempel er en bil sammensatt av mange deler, som riktig formulerte at maskineriet beveger seg som en helhet, takket være de interne styrkene mellom fagforeningene i partene.

For deres del er eksterne krefter de som utøver andre organer på objektet som studeres.

I eksemplet med bilen kan kreftene være vekten, utøvd av jorden, støtten som er gitt av overflaten, påført i hjulene og friksjonen mellom dekkene og fortauet.

I tillegg vurderer statisk utallige støtte, reaksjoner og ligaturer, avhengig av elementene som er vurdert og mulighetene for bevegelse som eksisterer.

Andre likevektstilstand

Summen av øyeblikkene rundt en vilkårlig akse må også avbrytes, som vi uttrykker som følger:

∑ M_Yo = 0

Når likevektsforholdene gjelder et legeme i planet, må kreftene deles inn i de to kartesiske komponentene X og Y. Ved å gjøre dette oppnås to ligninger, en for hver komponent.

Den andre likevektstilstanden lar oss gjennom øyeblikkene legge til en tredje ligning.

På den annen side, for tre -dimensjonale gjenstander stiger antall ligninger til 6.

Det skal bemerkes at overholdelse av likevektsforhold er nødvendig for å sikre den statiske balansen i et legeme.

Men det er ikke nok, siden det er tilfeller der disse forholdene er oppfylt, men vi kan ikke sikre at objektet er i balanse. Dette er hva som skjer når det er relativ bevegelse mellom delene av objektet, det vil si at det faste stoffet er delvis koblet.

Referanser

1. Bedford, ‌2000.TIL.‌ ‌mecanic‌ ‌para‌ ‌ingeniería: ‌ estatisk.‌ ‌addison‌ ‌wesley.‌
2. Hibbeler, R. 2006. Mekanikk for ingeniører: Statisk. & ta. Utgave. Cecsa.
3. Katz, d. 2017. Fysikk for forskere og ingeniører. Cengage Learning.
4. Tippens, p. 2011. Fysikk: konsepter og applikasjoner. 7. utgave. McGraw Hill
5. Sevilla University. Statisk av stivt faststoff. Gjenopprettet fra: personlig.oss.er.