Statika je veda o metódach na kvantifikáciu sily interakcie medzi telesami. Tieto sily sú zodpovedné za udržiavanie rovnováhy, pohyb telies alebo zmenu ich tvaru. V každodennom živote môžete každý deň vidieť veľa rôznych príkladov. Pohyb a zmeny tvaru sú rozhodujúce pre funkčnosť umelých aj prírodných objektov.
Koncept statiky
Základy statiky boli položené pred viac ako 2200 rokmi, keď staroveký grécky matematik Archimedes a ďalší vedci tej doby študovali zosilňovacie vlastnosti a vymýšľali jednoduché mechanizmy, ako sú páka a náprava. Statika je odvetvie mechaniky, ktoré sa zaoberá silami, ktoré pôsobia na telesá v pokoji v podmienkach rovnováhy.
Toto je odvetvie fyziky, ktoré umožňuje analytické a grafické postupy potrebné na identifikáciu a popis týchto neznámych síl. Sekcia „statika“(fyzika) zohráva významnú úlohu v mnohých odvetviach strojárstva, strojárstva,civilné, letecké a bioinžinierstvo, ktoré sa zaoberajú rôznymi účinkami síl. Keď je telo v pokoji alebo sa pohybuje rovnomernou rýchlosťou, potom hovoríme o tejto oblasti fyziky. Statika je štúdium tela v rovnováhe.
Metódy a výsledky tohto vedného odboru sa ukázali ako obzvlášť užitočné pri navrhovaní budov, mostov a priehrad, ako aj žeriavov a iných podobných mechanických zariadení. Aby architekti a inžinieri mohli vypočítať rozmery takýchto konštrukcií a zariadení, musia najprv určiť sily, ktoré pôsobia na ich vzájomne prepojené časti.
Axiómy statiky
Statika je odvetvie fyziky, ktoré študuje podmienky, za ktorých mechanické a iné systémy zostávajú v určitom stave, ktorý sa časom nemení. Táto časť fyziky je založená na piatich základných axiómach:
1. Tuhé teleso je v stave statickej rovnováhy, ak naň pôsobia dve sily rovnakej intenzity, ležia na tej istej línii pôsobenia a smerujú v opačných smeroch pozdĺž tej istej priamky.
2. Tuhé teleso zostane v statickom stave, kým naň nepôsobia vonkajšie sily alebo sústava síl.
3. Výslednica dvoch síl pôsobiacich v tom istom hmotnom bode sa rovná vektorovému súčtu oboch síl. Táto axióma sa riadi princípom vektorového sčítania.
4. Dve interagujúce telesá na seba reagujú dvoma silami rovnakej intenzity v opačných smeroch pozdĺž tej istej línie pôsobenia. Totoaxióma sa nazýva aj princíp akcie a reakcie.
5. Ak je deformovateľné telo v stave statickej rovnováhy, nebude narušené, ak fyzické telo zostane v pevnom stave. Táto axióma sa tiež nazýva princíp tuhnutia.
Mechanika a jej časti
Fyzika v gréčtine (physikos – „prirodzené“a „fysis“– „príroda“) doslova znamená vedu, ktorá sa zaoberá prírodou. Zahŕňa všetky známe zákony a vlastnosti hmoty, ako aj sily na ňu pôsobiace, vrátane gravitácie, tepla, svetla, magnetizmu, elektriny a iných síl, ktoré môžu meniť základné charakteristiky predmetov. Jedným z vedných odvetví je mechanika, ktorá zahŕňa také dôležité podsekcie ako statika a dynamika, ako aj kinematika.
Mechanika je odvetvie fyziky, ktoré študuje sily, objekty alebo telesá, ktoré sú v pokoji alebo v pohybe. Ide o jeden z najväčších subjektov v oblasti vedy a techniky. Úlohy v statike zahŕňajú štúdium stavu telies pod vplyvom rôznych síl. Kinematika je odvetvie fyziky (mechaniky), ktoré študuje pohyb objektov bez ohľadu na sily, ktoré pohyb spôsobujú.
Teoretická mechanika: statika
Mechanika je fyzikálna veda, ktorá sa zaoberá správaním telies pri pôsobení síl. Existujú 3 kategórie mechaniky: absolútne tuhé teleso, deformovateľné telesá a kvapalina. Pevné teleso je teleso, ktoré sa pri pôsobení nedeformujesily. K teoretickej mechanike (statika - časť mechaniky absolútne tuhého telesa) patrí aj dynamika, ktorá sa zase delí na kinematiku a kinetiku.
Mechanika deformovateľného telesa sa zaoberá rozložením síl vo vnútri telesa a výslednými deformáciami. Tieto vnútorné sily spôsobujú v tele určité napätia, ktoré môžu v konečnom dôsledku viesť k zmene samotného materiálu. Tieto problémy sa študujú v kurzoch pevnosti materiálov.
Mechanika tekutín je odvetvie mechaniky, ktoré sa zaoberá rozložením síl v kvapalinách alebo plynoch. Kvapaliny sú široko používané v strojárstve. Môžu byť klasifikované ako nestlačiteľné alebo stlačiteľné. Aplikácie zahŕňajú hydrauliku, letectvo a mnoho ďalších.
Koncept dynamiky
Dynamika sa zaoberá silou a pohybom. Jediný spôsob, ako zmeniť pohyb tela, je použiť silu. Spolu so silou dynamika študuje ďalšie fyzikálne pojmy, medzi ktoré patria: energia, hybnosť, kolízia, ťažisko, krútiaci moment a moment zotrvačnosti.
Statické a dynamické sú úplne opačné stavy. Dynamika je štúdium telies, ktoré nie sú v rovnováhe a dochádza k zrýchleniu. Kinetika je štúdium síl, ktoré spôsobujú pohyb, alebo síl, ktoré sú výsledkom pohybu. Na rozdiel od takej koncepcie, ako je statika, kinematika je doktrína pohybu telesa, ktorá nezohľadňuje skutočnosť, žeako sa pohyb vykonáva. Niekedy sa označuje ako „geometria pohybu“.
Kinematika
Kinematické princípy sa často používajú na analýzu určovania polohy, rýchlosti a zrýchlenia v rôznych častiach zariadenia počas jeho prevádzky. Kinematika uvažuje o pohybe bodu, telesa a sústavy telies bez toho, aby zohľadňovala príčiny pohybu. Pohyb je opísaný vektorom veličín, ako je posunutie, rýchlosť a zrýchlenie, spolu s uvedením referenčného rámca. Rôzne problémy v kinematike sa riešia pomocou pohybovej rovnice.
Mechanika – statika: základné veličiny
História mechaniky trvá viac ako jedno storočie. Základné princípy statiky boli vyvinuté už dávno. Všetky druhy pák, naklonených rovín a iných princípov boli počas raných civilizácií potrebné na stavbu, napríklad takých obrovských stavieb, ako sú pyramídy.
Základné veličiny v mechanike sú dĺžka, čas, hmotnosť a sila. Prvé tri sa nazývajú absolútne, navzájom nezávislé. Sila nie je absolútna hodnota, pretože súvisí s hmotnosťou a zmenami rýchlosti.
Dĺžka
Dĺžka je hodnota používaná na opis polohy bodu v priestore vzhľadom na iný bod. Táto vzdialenosť sa nazýva štandardná jednotka dĺžky. Všeobecne uznávanou štandardnou jednotkou na meranie dĺžky je meter. Tento štandardsa v priebehu rokov vyvíjal a zlepšoval. Spočiatku to bola jedna desaťmilióntina kvadrantu zemského povrchu, s ktorou bolo dosť náročné robiť merania. 20. októbra 1983 bol meter definovaný ako dĺžka dráhy, ktorú prejde svetlo vo vákuu za 1/299,792,458 sekundy.
Čas
Čas je určitý interval medzi dvoma udalosťami. Všeobecne akceptovanou štandardnou jednotkou času je druhá. Druhá bola pôvodne definovaná ako 1/86,4 strednej doby rotácie Zeme na jej osi. V roku 1956 sa definícia sekundy zlepšila na 1/31,556 času, ktorý Zem potrebuje na dokončenie jednej otáčky okolo Slnka.
Mass
Hmotnosť je vlastnosťou hmoty. Možno si to predstaviť ako množstvo hmoty obsiahnutej v tele. Táto kategória definuje vplyv gravitácie na telo a odolnosť voči zmenám pohybu. Tento odpor voči zmene pohybu sa nazýva zotrvačnosť, ktorá je výsledkom hmotnosti telesa. Všeobecne uznávanou jednotkou hmotnosti je kilogram.
Sila
Sila je odvodená jednotka, ale veľmi dôležitá jednotka pri štúdiu mechaniky. Často sa definuje ako pôsobenie jedného telesa na druhé a môže alebo nemusí byť výsledkom priameho kontaktu medzi telesami. Príkladom výsledku takéhoto nárazu sú gravitačné a elektromagnetické sily. Existujú dva princípy vplyvu, sily, ktoré majú tendenciu meniť pohyby systému a ktoré majú tendenciu meniť pohyby systémudeformácií. Základnou jednotkou sily je Newton v sústave SI a libra v anglickom systéme.
Rovnice rovnováhy
Statický znamená, že predmetné objekty sú úplne pevné. Súčet všetkých síl pôsobiacich na teleso v pokoji sa musí rovnať nule, to znamená, že zúčastnené sily sa navzájom vyrovnávajú a nemali by existovať žiadne tendencie síl schopných otáčať teleso okolo akejkoľvek osi. Tieto podmienky sú na sebe nezávislé a ich vyjadrenie v matematickej forme tvorí takzvané rovnice rovnováhy.
Existujú tri rovnovážne rovnice, a preto je možné vypočítať iba tri neznáme sily. Ak existujú viac ako tri neznáme sily, znamená to, že v konštrukcii alebo stroji je viac komponentov, než je potrebné na udržanie určitých zaťažení, alebo že existuje viac obmedzení, než je potrebné, aby sa telo nepohybovalo.
Takéto nepotrebné komponenty alebo obmedzenia sa nazývajú redundantné (napríklad stôl so štyrmi nohami má jednu redundantnú) a systém síl je staticky neurčitý. Počet rovníc dostupných v statike je obmedzený, pretože akékoľvek tuhé teleso zostáva pevné za akýchkoľvek podmienok, bez ohľadu na tvar a veľkosť.
