Statikk er vitenskapen om metoder for å kvantifisere kraften i samspillet mellom kropper. Disse kreftene er ansvarlige for å opprettholde balanse, bevege kropper eller endre form. I hverdagen kan du se mange forskjellige eksempler hver dag. Bevegelse og formendringer er avgjørende for funksjonaliteten til både menneskeskapte og naturlige objekter.
Konseptet med statikk
Grunnlaget for statikk ble lagt for over 2200 år siden, da den gamle greske matematikeren Arkimedes og andre vitenskapsmenn på den tiden studerte forsterkende egenskaper og oppfant enkle mekanismer som en spak og en aksel. Statikk er en gren av mekanikk som omhandler kreftene som virker på kropper i hvile under likevektstilstand.
Dette er grenen av fysikk som muliggjør de analytiske og grafiske prosedyrene som trengs for å identifisere og beskrive disse ukjente kreftene. Seksjonen "statikk" (fysikk) spiller en viktig rolle i mange grener av ingeniørfag, mekanisk,sivil-, luftfarts- og bioteknikk, som omhandler ulike effekter av styrker. Når kroppen er i ro eller beveger seg med jevn hastighet, snakker vi om dette området av fysikk. Statikk er studiet av kroppen i balanse.
Metodene og resultatene fra denne vitenskapsgrenen har vist seg spesielt nyttige i utformingen av bygninger, broer og demninger, samt kraner og andre lignende mekaniske enheter. For å kunne beregne dimensjonene til slike strukturer og utstyr, må arkitekter og ingeniører først bestemme kreftene som virker på deres sammenkoblede deler.
Axioms of statics
Statikk er en gren av fysikk som studerer forholdene under hvilke mekaniske og andre systemer forblir i en viss tilstand som ikke endres med tiden. Denne delen av fysikk er basert på fem grunnleggende aksiomer:
1. Et stivt legeme er i en tilstand av statisk likevekt hvis to krefter med samme intensitet virker på det, ligger på samme handlingslinje og er rettet i motsatte retninger langs samme linje.
2. Et stivt legeme vil forbli i en statisk tilstand til det blir påvirket av ytre krefter eller et kraftsystem.
3. Resultanten av to krefter som virker ved samme materialpunkt er lik vektorsummen av de to kreftene. Dette aksiomet følger prinsippet om vektorsummering.
4. To vekselvirkende kropper reagerer på hverandre med to krefter av samme intensitet i motsatte retninger langs samme handlingslinje. Detteaksiomet kalles også handlings- og reaksjonsprinsippet.
5. Hvis en deformerbar kropp er i en statisk balanse, vil den ikke bli forstyrret hvis den fysiske kroppen forblir i en solid tilstand. Dette aksiomet kalles også størkningsprinsippet.
Mekanikk og dens seksjoner
Fysikk på gresk (physikos - "naturlig" og "fysis" - "natur") betyr bokstavelig t alt vitenskapen som omhandler naturen. Den dekker alle kjente lover og egenskaper til materie, så vel som kreftene som virker på den, inkludert tyngdekraft, varme, lys, magnetisme, elektrisitet og andre krefter som kan endre de grunnleggende egenskapene til objekter. En av vitenskapsgrenene er mekanikk, som inkluderer så viktige underseksjoner som statikk og dynamikk, samt kinematikk.
Mekanikk er en gren av fysikk som studerer krefter, objekter eller kropper som er i ro eller i bevegelse. Det er en av de største enhetene innen vitenskap og teknologi. Oppgaver i statikk inkluderer studiet av tilstanden til kropper under påvirkning av ulike krefter. Kinematikk er en gren av fysikk (mekanikk) som studerer bevegelsen til objekter, uavhengig av kreftene som forårsaker bevegelsen.
Teoretisk mekanikk: statikk
Mekanikk er en fysisk vitenskap som vurderer kroppens oppførsel under påvirkning av krefter. Det er 3 kategorier av mekanikk: absolutt stiv kropp, deformerbare kropper og væske. En stiv kropp er en kropp som ikke deformeres under påvirkning avkrefter. Teoretisk mekanikk (statikk - en del av mekanikken til en absolutt stiv kropp) inkluderer også dynamikk, som igjen er delt inn i kinematikk og kinetikk.
Mekanikken til en deformerbar kropp handler om fordelingen av krefter inne i kroppen og de resulterende deformasjonene. Disse indre kreftene forårsaker visse påkjenninger i kroppen, som til slutt kan føre til en endring i selve materialet. Disse problemstillingene studeres i styrke-av-materiale-kurs.
Væskemekanikk er en gren av mekanikk som omhandler fordeling av krefter i væsker eller gasser. Væsker er mye brukt i ingeniørfag. De kan klassifiseres som inkompressible eller komprimerbare. Applikasjoner inkluderer hydraulikk, romfart og mange flere.
Konseptet med dynamikk
Dynamikk handler om kraft og bevegelse. Den eneste måten å endre bevegelsen til en kropp på er å bruke makt. Sammen med kraft studerer dynamikk andre fysiske konsepter, blant dem er følgende: energi, momentum, kollisjon, tyngdepunkt, dreiemoment og treghetsmoment.
Statisk og dynamisk er helt motsatte tilstander. Dynamikk er studiet av kropper som ikke er i likevekt, og akselerasjon oppstår. Kinetikk er studiet av kreftene som forårsaker bevegelse, eller kreftene som er et resultat av bevegelse. I motsetning til et slikt konsept som statikk, er kinematikk læren om bevegelsen til en kropp, som ikke tar hensyn til det faktum athvordan bevegelsen gjøres. Det blir noen ganger referert til som "bevegelsesgeometrien".
Kinematics
Kinematiske prinsipper brukes ofte for å analysere bestemmelsen av posisjon, hastighet og akselerasjon i ulike deler av utstyret under drift. Kinematikk vurderer bevegelsen til et punkt, en kropp og et system av kropper uten å vurdere årsakene til bevegelse. Bevegelse er beskrevet av en vektor av størrelser som forskyvning, hastighet og akselerasjon sammen med en indikasjon på en referanseramme. Ulike problemer i kinematikk løses ved hjelp av bevegelsesligningen.
Mekanikk - statikk: fundamentale størrelser
Mekanikkens historie strekker seg over mer enn ett århundre. De grunnleggende prinsippene for statikk ble utviklet for lenge siden. Alle slags spaker, skråplan og andre prinsipper var nødvendig under de tidlige sivilisasjonene for å bygge for eksempel så enorme strukturer som pyramidene.
De grunnleggende størrelsene i mekanikk er lengde, tid, masse og kraft. De tre første kalles absolutte, uavhengige av hverandre. Kraft er ikke en absolutt verdi da den er relatert til masse og endringer i hastighet.
Length
Length er en verdi som brukes til å beskrive posisjonen til et punkt i rommet i forhold til et annet punkt. Denne avstanden kalles standard lengdeenhet. Den generelt aksepterte standardenheten for lengdemåling er meteren. Denne standardenutviklet og forbedret gjennom årene. Til å begynne med var det en ti-milliondel av jordens overflatekvadrant, som det var ganske vanskelig å gjøre målinger med. Den 20. oktober 1983 ble måleren definert som lengden på banen som ble reist av lys i et vakuum på 1/299.792.458 av et sekund.
Tid
Tid er et visst intervall mellom to hendelser. Den generelt aksepterte standard tidsenheten er den andre. Den andre ble opprinnelig definert som 1/86,4 av jordens gjennomsnittlige rotasjonsperiode på sin akse. I 1956 ble definisjonen av et sekund forbedret til 1/31,556 av tiden det tar for jorden å fullføre én omdreining rundt solen.
Messe
Masse er en egenskap ved materie. Det kan betraktes som mengden stoff som finnes i kroppen. Denne kategorien definerer effekten av tyngdekraften på kroppen og motstand mot endringer i bevegelse. Denne motstanden mot endring i bevegelse kalles treghet, som er resultatet av kroppens masse. Den generelt aksepterte masseenheten er kilogram.
Power
Kraft er en avledet enhet, men en svært viktig enhet i studiet av mekanikk. Det er ofte definert som handlingen til en kropp på en annen, og kan eller ikke være et resultat av direkte kontakt mellom kropper. Gravitasjons- og elektromagnetiske krefter er eksempler på resultatet av en slik påvirkning. Det er to prinsipper for påvirkning, av krefter som har en tendens til å endre bevegelsene til systemet og som har en tendens til detdeformasjoner. Den grunnleggende kraftenheten er Newton i SI-systemet og pundet i det engelske systemet.
likevektsligninger
Statisk betyr at de aktuelle objektene er helt solide. Summen av alle krefter som virker på et legeme i hvile må være lik null, det vil si at kreftene som er involvert balanserer hverandre og det skal ikke være noen tendens til krefter som er i stand til å snu kroppen rundt en hvilken som helst akse. Disse forholdene er uavhengige av hverandre, og deres uttrykk i matematisk form utgjør de såk alte likevektsligningene.
Det er tre likevektsligninger, og derfor kan bare tre ukjente krefter beregnes. Hvis det er mer enn tre ukjente krefter, betyr det at det er flere komponenter i strukturen eller maskinen enn det som kreves for å støtte visse laster, eller at det er flere restriksjoner enn nødvendig for å hindre at kroppen beveger seg.
Slike unødvendige komponenter eller begrensninger kalles redundante (for eksempel har en tabell med fire ben én redundant), og kraftsystemet er statisk ubestemt. Antall ligninger tilgjengelig i statikk er begrenset, siden enhver stiv kropp forblir solid under alle forhold, uavhengig av form og størrelse.
