Statisk berättelse, vilka studier, tillämpningar, lagar

De Statisk Det är grenen av mekanik som studerar balansen mellan styva kroppar, med förbehåll för olika krafter. När en kropp är styva, ändrar inte partiklarna som utgör den sina relativa positioner och därför är objektet obefoget.

Sådana objekt kan hittas i jämvikt, oavsett om det är i vila (statisk balans) som om de rör sig (dynamisk balans), endast i det senare fallet måste rörelsen vara enhetlig rektilinär.

Figur 1. Roman Aqueduct i Segovia, Spanien. De gamla romerska byggarna tillämpade effektivt principerna för statisk. Källa: Wikimedia Commons.

När det gäller strukturer som byggnader, broar och vägar, statisk balansintresse.

Men statisk är inte begränsad till området för civilingenjör. Det är också tillämpligt på balansen mellan partiklar med elektrisk laddning och föremål som är nedsänkta i kontinuerliga medier, såsom luft och vatten.

[TOC]

Statisk historia som en gren av mekanik

Static hade en tidig historisk utveckling, som härrör från behovet av att bygga fasta strukturer när städerna inrättades. De forntida egyptierna lämnade sina monument som bevis; De visste enkla maskiner som remskivor, spakar och lutande planer.

Andra civilisationer i den forntida världen, vars monument överlever till denna dag, kände också de grundläggande principerna, men det var grekerna som började systematisera sin studie.

Den stora grekiska fysikern Archimedes of Syracuse (287-212 AC) lämnade grunden för användningen av spaken och balansen mellan nedsänkta kroppar -de hydrostatiska kropparna-.

Därefter gav andra stora forskare som Leonardo och Galileo viktiga bidrag. Den senare konstaterade att en nettokraft inte var skyldig att upprätthålla en kropps rörelse (dynamisk balans).

Galileo Galilei - Källa: Domenico Tintoretto [Public Domain]

Simon Stevin (1548-1620) sticker också ut, den första som observerar den hydrostatiska paradoxen och beskriver balansen mellan kropparna på det lutande planet.

Senare Isaac Newton (1642-1727) gav formuleringen av statisk den definitiva impulsen med sina tre mekaniklagar.

figur 2. På vänster Archimedes av Syracuse och till höger Isaac Newton, pionjärer i studien av statisk och mekanik. Källa: Wikimedia Commons.

Nästa bidrag att nämna för dess relevans gjordes av D'Alembert och begreppet tröghetskraft. Tack vare detta är det möjligt att studera dynamiska problem genom begreppet balans.

Kan tjäna dig: vågamplitud: egenskaper, formler och träning

Från den långa listan med forskare och ingenjörer som bidrog till statisk måste vi nämna namnen på Euler och Lagrange, som utvecklade matematiska tekniker för att forma deras tillämpningar.

Vilka studier statiska?

Ordet statisk Det kommer från det grekiska ordet för att beteckna det som är stationärt.

Denna viktiga gren av mekanik är grunden för de konstruktioner vi bor, och inte bara det, eftersom det finns andra områden där dess principer gäller:

Aerostatik

Studera balansen mellan kroppar i luften.

Hydrostatisk

Tillämpar principerna för statiska till kroppar nedsänkta i vatten eller andra vätskor.

Elektrostatik

Viktig gren av elektromagnetism som studerar elektriska belastningar i statisk jämvikt.

Magnetostatisk

Det är den gren som ägnas åt studien av magnetfälten som inte varierar i tid.

Partikelstatisk

I första hand antar det statiska att ett objekt modelleras som om det var en partikel eller materialpunkt, utan mätbar storlek, men ja, med massa.

När det gäller kroppen som en partikel säger vi att det är i statisk jämvikt när den resulterande kraften på den är ogiltig.

Statisk av utökade kroppar

En modell som är mer knuten till verkligheten antar att föremål är utvidgade kroppar, föreningar med mängd partiklar, vilket innebär att krafter kan tillämpas på olika punkter.

Detta är mycket viktigt, eftersom dessa effekter kan vara:

-Dynamisk, relaterad till rörelsen eller frånvaron av den,

-Deformatorer, För förändringarna på ett sätt som kropparna föremål för krafter upplever.

De statiska antar att objekt är styva och ouppfordrbara, därför studerar den inte deformerade effekterna, utan dynamiken.

När måtten på objektet som studeras är mätbara kan krafterna tillämpas på olika platser och det är möjligt att de, även om de inte överför det, kan vända det. I detta fall skulle objektet inte vara i statisk balans.

Ansökningar

Tillämpningarna av den statiska finns överallt, varför det är den mekanikgren som har mest användningsområden, även om vi många gånger inte inser det:

I hemmet

Principerna för statiska till möbler, skåp, apparater, lampor, böcker och alla vilande föremål i ett hus kan tillämpas. Vi säkerställer ständigt att saker inte faller, inte vänder eller ändrar sina platser av misstag.

Det kan tjäna dig: stationär stateori: historia, förklaring, nyheter

I civila konstruktioner

På liknande sätt säkerställer byggarna av de byggnader som vi bebor att de inte kollapsar eller upplever rörelser som äventyrar invånarnas liv.

Dessa principer gäller också vid byggandet av vägar och broar.

I maskindesign

Statiken gäller också design och konstruktion av bitar för maskiner.

Vissa bitar är uppenbarligen mobila, men andra är det inte. Det är därför ingenjörer säkerställer mycket väl för de maskiner som byggs, det kollapsar inte, utnyttjar eller smuldrar på något sätt.

Figur 3.- Gay Enola på National Air & Space Museum i Washington DC. Principerna för den statiska användningen för att hänga den från kablar med förbehåll för utställningshallens tak. Källa: Wikimedia Commons.

Statiska huvudlagar

Grunden för statisk är studien av de krafter och handlingar som de utövar genom de tre lagarna i Newton of Mechanics:

Newtons första lag

En kropp förblir i vila, eller i enhetlig rätlinjig rörelse, såvida inte en obalanserad kraft gör att den ändrar sitt rörelseuttalande.

Andra lagen i Newton

Summan av krafterna som verkar på en kropp, kallad den resulterande kraften F_R, Det är lika med degen produkten m (en skalar) för acceleration till (En vektor).

För statisk Newtons andra lag antar formulär:

F_R = 0

Eftersom resten eller enhetlig rätlinjär rörelse översätter till en noll acceleration.

Newtons tredje lag

Om kroppen 1 utövar en kraft på kropp 2, kallad F₁₂, Kropp 2 utövar en kraft på kropp 1, betecknad som F_tjugoett, på ett sådant sätt att F₁₂ och F_tjugoett De har samma intensitet och motsatt riktning:

F₁₂ = - F_tjugoett

Vridmomentet eller ögonblicket för en kraft

Tidigare sa vi att det är möjligt att krafterna, även om de inte orsakar översättning rörelse till kroppen, kan, beroende på hur de applicerar, gör att den roterar.

Tja, den fysiska storleken som avgör om en kropp trasig eller inte kallas Vridmoment antingen Moment av våld, betecknar som M.

Vridmomentet eller ögonblicket för en kraft F Det beror på intensiteten i detta, vektorn r Det går från appliceringspunkten av samma till rotationsaxeln och slutligen av appliceringsvinkeln. Hela genom tvärprodukten eller vektorprodukten mellan r och F:

Det kan tjäna dig: durometer: Vad är det för, hur fungerar, delar, typer

M = r x F  (Enheter Si: N.m)

Ett objekt kan rotera med avseende på olika axlar, därför beräknas ögonblicket alltid med avseende på en viss axel. Och för att kroppen ska förbli statisk är det nödvändigt för alla ögonblick att vara noll.

Jämviktsförhållanden

De är de nödvändiga förutsättningarna för att ett styvt fasta är i statisk balans, så de är kända som jämviktsförhållanden:

Första balansförhållandet

Summan av krafterna som verkar på kroppen måste avbrytas. I matematisk form:

∑ F_Yo = 0

När det gäller de krafter som verkar på en kropp är dessa uppdelade i inre och extern.

Interna krafter är ansvariga för att hålla kroppen sammanhängande. Till exempel består en bil av många delar, som korrekt formulerade att maskinerna rör sig som helhet tack vare de interna krafterna mellan parternas fackföreningar.

För sin del är yttre krafter de som utövar andra kroppar på objektet som studeras.

I exemplet med bilen kan krafterna vara vikten, utövad av jorden, stödet från ytan, applicerad i hjulen och friktionen mellan däcken och trottoaren.

Dessutom betraktar statisk otaliga stöd, reaktioner och ligaturer, beroende på de beaktade elementen och rörelsemöjligheterna som finns.

Andra jämviktstillstånd

Summan av stunder runt en godtycklig axel måste också avbrytas, som vi uttrycker enligt följande:

∑ M_Yo = 0

När jämviktsförhållandena gäller för en kropp i planet måste krafterna delas upp i de två kartesiska komponenterna x och y. På så sätt erhålls två ekvationer, en för varje komponent.

Det andra jämviktstillståndet tillåter oss genom ögonblicken att lägga till en tredje ekvation.

Å andra sidan, för tre dimensionella objekt stiger antalet ekvationer till 6.

Det bör noteras att överensstämmelse med jämviktsförhållanden är nödvändig för att säkerställa den statiska balansen i en kropp.

Men det räcker inte, eftersom det finns fall där dessa villkor är uppfyllda, men vi kan inte se till att objektet är i balans. Det här är vad som händer när det finns relativ rörelse mellan objektets delar, det vill säga det fasta ämnet är delvis länkat.

Referenser

1. Bedford, ‌2000.TILL.‌ ‌mecanic‌ ‌para‌ ‌ingeniería: ‌ ‌ estatic.‌ ‌Addison‌ ‌wesley.‌
2. Hibbeler, R. 2006. Mekanik för ingenjörer: statisk. & ta. Utgåva. CECSA.
3. Katz, D. 2017. Fysik för forskare och ingenjörer. Cengage Learning.
4. Tippens, s. 2011. Fysik: koncept och applikationer. Sjunde upplagan. McGraw Hill
5. Sevilla universitet. Statisk av styv fast. Återhämtat sig från: personlig.oss.är.