Kisah Statik, Kajian, Aplikasi, Undang -undang

The Statik Ia adalah cabang mekanik yang mengkaji keseimbangan badan tegar, tertakluk kepada tindakan pelbagai daya. Apabila badan tegar, zarah -zarah yang membuatnya tidak mengubah kedudukan relatif mereka dan oleh itu objek itu tidak dapat ditentukan.

Objek tersebut boleh didapati dalam keseimbangan sama ada berehat (baki statik) seolah -olah mereka bergerak (keseimbangan dinamik), hanya dalam kes yang kedua, pergerakan mestilah seragam rectilinear.

Rajah 1. Aqueduct Roman di Segovia, Sepanyol. Pembina Roman lama dengan cekap menggunakan prinsip statik. Sumber: Wikimedia Commons.

Dalam kes struktur seperti bangunan, jambatan dan jalan raya, kepentingan baki statik.

Tetapi statik tidak terhad kepada bidang kejuruteraan awam. Ia juga terpakai kepada keseimbangan zarah dengan caj elektrik dan objek yang tenggelam dalam media berterusan, seperti udara dan air.

[TOC]

Sejarah statik sebagai cabang mekanik

Statik mempunyai perkembangan sejarah awal, yang timbul daripada keperluan untuk membina struktur tetap ketika kota telah ditubuhkan. Orang Mesir kuno meninggalkan monumen mereka sebagai bukti; Mereka tahu mesin mudah seperti kendi, tuas dan rancangan cenderung.

Tamadun lain di dunia kuno, yang monumennya bertahan hingga ke hari ini, juga mengetahui prinsip -prinsip asas, tetapi ia adalah orang Yunani yang mula mensasarkan kajian mereka.

Archimedes fizik Yunani yang hebat dari Syracuse (287-212 ac) meninggalkan asas penggunaan tuil dan baki badan tenggelam -badan hidrostatik-.

Seterusnya, saintis hebat lain seperti Leonardo dan Galileo membuat sumbangan penting. Yang terakhir menegaskan bahawa daya bersih tidak diperlukan untuk mengekalkan pergerakan badan (keseimbangan dinamik).

Galileo Galilei - Sumber: Domenico Tintoretto [Domain Awam]

Simon Stevin (1548-1620) juga menonjol, yang pertama melihat paradoks hidrostatik dan menggambarkan keseimbangan badan pada satah cenderung.

Kemudian Isaac Newton (1642-1727) memberikan perumusan statik dorongan muktamad dengan tiga undang-undang mekaniknya.

Rajah 2. Di sebelah kiri Archimedes Syracuse dan ke kanan Isaac Newton, perintis dalam kajian statik dan mekanik. Sumber: Wikimedia Commons.

Sumbangan seterusnya untuk disebutkan untuk kaitannya dibuat oleh D'Alembert dan konsep daya inersia. Terima kasih kerana ini mungkin untuk mengkaji masalah dinamik melalui konsep keseimbangan.

Boleh melayani anda: amplitud gelombang: ciri, formula dan senaman

Dari senarai panjang saintis dan jurutera yang menyumbang kepada statik, kita mesti menyebut nama Euler dan LaGrange, yang membangunkan teknik matematik untuk membentuk aplikasi mereka.

Apa kajian statik?

Perkataan itu statik Ia datang dari perkataan Yunani untuk menetapkan apa yang tidak bergerak.

Cabang mekanik penting ini adalah asas pembinaan yang kita huni, dan bukan hanya itu, kerana terdapat bidang lain di mana prinsip -prinsipnya terpakai:

Aerostatik

Mengkaji keseimbangan badan di udara.

Hydrostatic

Menggunakan prinsip statik ke badan yang tenggelam di dalam air atau cecair lain.

Elektrostatik

Cawangan Elektromagnetisme yang penting yang mengkaji beban elektrik dalam keseimbangan statik.

Magnetostatik

Ia adalah cawangan yang didedikasikan untuk mengkaji medan magnet yang tidak berubah dalam masa.

Statik zarah

Pada mulanya, statik menganggap bahawa objek dimodelkan seolah -olah ia adalah zarah atau titik material, tanpa saiz yang boleh diukur, tetapi ya, dengan jisim.

Ketika datang ke badan sebagai zarah, kita mengatakan bahawa ia berada dalam keseimbangan statik apabila daya yang dihasilkan di atasnya tidak sah.

Statik badan lanjutan

Model yang lebih melekat pada realiti mengandaikan bahawa objek adalah badan yang dilanjutkan, sebatian banyak zarah, yang bermaksud bahawa daya boleh digunakan untuk titik yang berbeza.

Ini sangat penting, kerana kesan ini boleh:

-Dinamik, berkaitan dengan pergerakan atau ketiadaannya,

-Deformator, untuk perubahan dengan cara badan tertakluk kepada pengalaman memaksa.

Statik mengandaikan bahawa objek tegar dan tidak dapat ditentukan, oleh itu ia tidak mengkaji kesan cacat, tetapi dinamik.

Apabila dimensi objek di bawah kajian dapat diukur, daya boleh digunakan ke tempat yang berbeza dan mungkin, walaupun mereka tidak memindahkannya, mereka dapat mengubahnya. Dalam kes ini, objek tidak akan berada dalam keseimbangan statik.

Aplikasi

Aplikasi statik ditemui di mana -mana, itulah sebabnya ia adalah cabang mekanik yang mempunyai kegunaan yang paling, walaupun banyak kali kita tidak menyedarinya:

Dalam rumah

Prinsip statik untuk perabot, kabinet, peralatan, lampu, buku dan objek berehat di dalam rumah boleh digunakan. Kami terus memastikan bahawa perkara tidak jatuh, jangan berpaling atau menukar tempat mereka secara tidak sengaja.

Ia boleh melayani anda: Teori Negeri pegun: Sejarah, Penjelasan, Berita

Dalam pembinaan sivil

Begitu juga, pembina bangunan yang kita huni memastikan bahawa mereka tidak runtuh atau mengalami pergerakan yang membahayakan nyawa penduduk.

Prinsip -prinsip ini juga digunakan dalam pembinaan jalan raya dan jambatan.

Dalam reka bentuk mesin

Statik juga terpakai kepada reka bentuk dan pembinaan kepingan untuk jentera.

Beberapa keping jelas mudah alih, tetapi yang lain tidak. Itulah sebabnya jurutera memastikan jentera yang dibina, ia tidak runtuh, mengeksploitasi atau runtuh dalam beberapa cara.

Rajah 3.- Gay Enola di Muzium Udara & Angkasa Negara di Washington DC. Prinsip statik digunakan untuk menggantungnya dari kabel tertakluk kepada bumbung dewan pameran. Sumber: Wikimedia Commons.

Undang -undang utama statik

Asas statik adalah kajian kekuatan dan tindakan yang mereka jalankan melalui tiga undang -undang Newton of Mechanics:

Undang -undang pertama Newton

Tubuh tetap berehat, atau dalam gerakan rectilinear seragam, melainkan jika daya tidak seimbang menjadikannya mengubah penyata pergerakannya.

Undang -undang Kedua Newton

Jumlah kuasa yang bertindak di atas badan, yang disebut kekuatan yang dihasilkan F_R, Ia sama dengan produk doh m (skalar) untuk pecutan ke (Vektor).

Untuk Undang -undang Kedua Statik Newton mengamalkan bentuk:

F_R = 0

Oleh kerana pergerakan rectilinear selebihnya atau seragam diterjemahkan ke dalam pecutan sifar.

Undang -undang Ketiga Newton

Sekiranya badan 1 mengerahkan kekuatan pada badan 2, yang dipanggil F₁₂, badan 2 menimbulkan kekuatan pada badan 1, dilambangkan sebagai F_{dua puluh satu}, dengan cara itu F₁₂ dan F_{dua puluh satu} Mereka mempunyai intensiti yang sama dan arah yang bertentangan:

F₁₂ = - F_{dua puluh satu}

Tork atau momen daya

Sebelum ini kami mengatakan bahawa mungkin kekuatan, walaupun mereka tidak menyebabkan pergerakan terjemahan ke badan, boleh, bergantung pada cara mereka memohon, menjadikannya berputar.

Nah, magnitud fizikal yang menentukan sama ada badan patah atau tidak dipanggil Tork Sama ada momen kekerasan, dilambangkan sebagai M.

Tork atau momen daya F Ia bergantung pada intensiti ini, vektor r yang pergi dari titik permohonan yang sama dengan paksi putaran, dan akhirnya, sudut aplikasi. Semua melalui produk silang atau produk vektor antara r dan F:

Ia boleh melayani anda: durometer: Apa itu, bagaimana kerja, bahagian, jenis

M = r x F  (Unit Si: n.m)

Objek boleh berputar berkenaan dengan paksi yang berbeza, oleh itu saatnya selalu dikira berkenaan dengan paksi tertentu. Dan bagi badan untuk kekal statik, perlu untuk semua momen menjadi batal.

Keadaan keseimbangan

Mereka adalah syarat yang diperlukan untuk pepejal tegar untuk berada dalam keseimbangan statik, jadi mereka dikenali sebagai Keadaan keseimbangan:

Keadaan keseimbangan pertama

Jumlah kuasa yang bertindak di atas badan mesti dibatalkan. Dalam bentuk matematik:

Σ F_Yo = 0

Bagi kuasa yang bertindak pada badan, ini dibahagikan kepada dalaman dan luaran.

Daya dalaman bertanggungjawab untuk menjaga badan yang kohesif. Sebagai contoh, sebuah kereta terdiri daripada banyak bahagian, yang betul -betul menyatakan bahawa jentera bergerak secara keseluruhan, terima kasih kepada kuasa dalaman antara kesatuan pihak -pihak.

Bagi mereka, kuasa luaran adalah yang menjalankan badan -badan lain pada objek yang sedang dikaji.

Dalam contoh kereta, daya boleh menjadi berat badan, yang dilaksanakan oleh bumi, sokongan yang disediakan oleh permukaan, yang digunakan dalam roda dan geseran antara tayar dan trotoar.

Di samping itu, statik menganggap sokongan, tindak balas dan ligatur yang tidak terkira banyaknya, bergantung kepada unsur -unsur yang dipertimbangkan dan kemungkinan pergerakan yang wujud.

Keadaan keseimbangan kedua

Jumlah momen di sekitar paksi sewenang -wenang juga mesti dibatalkan, yang kami nyatakan seperti berikut:

Σ M_Yo = 0

Apabila keadaan keseimbangan berlaku pada badan dalam pesawat, daya mesti dipecahkan ke dalam dua komponen Cartesian x dan y. Dengan berbuat demikian, dua persamaan diperoleh, satu untuk setiap komponen.

Keadaan keseimbangan kedua membolehkan kita, melalui momen, untuk menambah persamaan ketiga.

Sebaliknya, untuk objek tiga dimensi bilangan persamaan meningkat kepada 6.

Harus diingat bahawa pematuhan terhadap keadaan keseimbangan adalah perlu untuk memastikan keseimbangan statik badan.

Tetapi tidak mencukupi, kerana terdapat kes -kes di mana syarat -syarat ini dipenuhi, tetapi kita tidak dapat memastikan bahawa objek itu seimbang. Inilah yang berlaku apabila terdapat pergerakan relatif antara bahagian objek, iaitu pepejal sebahagiannya dikaitkan.

Rujukan

1. Bedford, ‌2000.Ke.‌ ‌mecanic‌ ‌para‌ ‌ingeniería: ‌ ‌estatic.‌ ‌addison‌ ‌wesley.‌
2. Hibbeler, R. 2006. Mekanik untuk jurutera: statik. & ta. Edisi. Cecsa.
3. Katz, d. 2017. Fizik untuk saintis dan jurutera. Pembelajaran Cengage.
4. Tippens, ms. 2011. Fizik: Konsep dan aplikasi. Edisi ke -7. McGraw Hill
5. Sevilla University. Statik pepejal tegar. Pulih dari: peribadi.kita.adalah.