Statika ir zinātne par metodēm, kā kvantitatīvi noteikt ķermeņu mijiedarbības spēku. Šie spēki ir atbildīgi par līdzsvara saglabāšanu, ķermeņu pārvietošanu vai to formas maiņu. Ikdienā ikdienā var redzēt daudz dažādu piemēru. Kustības un formas izmaiņas ir būtiskas gan cilvēka radītu, gan dabas objektu funkcionalitātei.
Statikas jēdziens
Statikas pamati tika likti pirms vairāk nekā 2200 gadiem, kad sengrieķu matemātiķis Arhimēds un citi tā laika zinātnieki pētīja pastiprinošās īpašības un izgudroja vienkāršus mehānismus, piemēram, sviru un asi. Statika ir mehānikas nozare, kas nodarbojas ar spēkiem, kas iedarbojas uz ķermeņiem miera stāvoklī līdzsvara stāvoklī.
Šī ir fizikas nozare, kas ļauj veikt analītiskās un grafiskās procedūras, kas nepieciešamas, lai identificētu un aprakstītu šos nezināmos spēkus. Sadaļai "statika" (fizika) ir svarīga loma daudzās inženierzinātņu, mehāniskās,civilā, aviācijas un bioinženierijas jomā, kas risina dažādu spēku ietekmi. Kad ķermenis atrodas miera stāvoklī vai pārvietojas ar vienmērīgu ātrumu, tad mēs runājam par šo fizikas jomu. Statika ir ķermeņa līdzsvara izpēte.
Šīs zinātnes nozares metodes un rezultāti ir izrādījušies īpaši noderīgi ēku, tiltu un dambju, kā arī celtņu un citu līdzīgu mehānisko ierīču projektēšanā. Lai varētu aprēķināt šādu konstrukciju un iekārtu izmērus, arhitektiem un inženieriem vispirms ir jānosaka spēki, kas iedarbojas uz to savstarpēji savienotajām daļām.
Statikas aksiomas
Statika ir fizikas nozare, kas pēta apstākļus, kādos mehāniskās un citas sistēmas paliek noteiktā stāvoklī, kas laika gaitā nemainās. Šī fizikas sadaļa ir balstīta uz piecām pamata aksiomām:
1. Stingrs ķermenis atrodas statiskā līdzsvara stāvoklī, ja uz to iedarbojas divi vienādas intensitātes spēki, atrodas uz vienas darbības līnijas un ir vērsti pretējos virzienos pa vienu un to pašu līniju.
2. Stingrs ķermenis paliks statiskā stāvoklī, līdz to ietekmēs ārējie spēki vai spēku sistēma.
3. Divu spēku rezultants, kas darbojas vienā materiāla punktā, ir vienāds ar abu spēku vektoru summu. Šī aksioma atbilst vektoru summēšanas principam.
4. Divi savstarpēji mijiedarbojoši ķermeņi reaģē viens uz otru ar diviem vienādas intensitātes spēkiem pretējos virzienos pa vienu un to pašu darbības līniju. Šisaksiomu sauc arī par darbības un reakcijas principu.
5. Ja deformējams ķermenis atrodas statiskā līdzsvara stāvoklī, tas netiks traucēts, ja fiziskais ķermenis paliks cietā stāvoklī. Šo aksiomu sauc arī par sacietēšanas principu.
Mehānika un tās sadaļas
Fizika grieķu valodā (physikos - "dabisks" un "physis" - "daba") burtiski nozīmē zinātni, kas nodarbojas ar dabu. Tas aptver visus zināmos matērijas likumus un īpašības, kā arī spēkus, kas uz to iedarbojas, tostarp gravitāciju, siltumu, gaismu, magnētismu, elektrību un citus spēkus, kas var mainīt objektu pamatīpašības. Viena no zinātnes nozarēm ir mehānika, kas ietver tādas svarīgas apakšnodaļas kā statika un dinamika, kā arī kinemātika.
Mehānika ir fizikas nozare, kas pēta spēkus, objektus vai ķermeņus, kas atrodas miera stāvoklī vai kustībā. Tā ir viena no lielākajām vienībām zinātnes un tehnoloģiju jomā. Statikas uzdevumi ietver ķermeņu stāvokļa izpēti dažādu spēku ietekmē. Kinemātika ir fizikas (mehānikas) nozare, kas pēta objektu kustību neatkarīgi no spēkiem, kas izraisa kustību.
Teorētiskā mehānika: statika
Mehānika ir fizikas zinātne, kas aplūko ķermeņu uzvedību spēku iedarbībā. Ir 3 mehānikas kategorijas: absolūti stingrs korpuss, deformējami ķermeņi un šķidrums. Stingrs ķermenis ir ķermenis, kas nedeformējas, iedarbojotiesspēkus. Teorētiskā mehānika (statika - absolūti stingra ķermeņa mehānikas daļa) ietver arī dinamiku, kas savukārt iedalās kinemātikā un kinētikā.
Deformējama ķermeņa mehānika nodarbojas ar spēku sadalījumu ķermeņa iekšienē un no tā izrietošajām deformācijām. Šie iekšējie spēki rada noteiktus spriegumus organismā, kas galu galā var izraisīt izmaiņas pašā materiālā. Šie jautājumi tiek pētīti materiālu stiprības kursos.
Šķidrumu mehānika ir mehānikas nozare, kas nodarbojas ar spēku sadalījumu šķidrumos vai gāzēs. Šķidrumi tiek plaši izmantoti inženierzinātnēs. Tos var klasificēt kā nesaspiežamos vai saspiežamos. Pielietojumi ietver hidrauliku, kosmosa un daudz ko citu.
Dinamikas jēdziens
Dinamika nodarbojas ar spēku un kustību. Vienīgais veids, kā mainīt ķermeņa kustību, ir izmantot spēku. Līdztekus spēkam dinamika pēta citus fizikālos jēdzienus, tostarp: enerģija, impulss, sadursme, smaguma centrs, griezes moments un inerces moments.
Statiskais un dinamiskais ir pilnīgi pretēji stāvokļi. Dinamika ir tādu ķermeņu izpēte, kas nav līdzsvarā un notiek paātrinājums. Kinētika ir pētījums par spēkiem, kas izraisa kustību, vai par spēkiem, kas rodas no kustības. Atšķirībā no tāda jēdziena kā statika, kinemātika ir ķermeņa kustības doktrīna, kurā nav ņemts vērā fakts, kakā tiek veikta kustība. To dažreiz dēvē par "kustības ģeometriju".
Kinemātika
Kinemātiskos principus bieži izmanto, lai analizētu pozīcijas, ātruma un paātrinājuma noteikšanu dažādās iekārtas daļās tās darbības laikā. Kinemātikā tiek aplūkota punkta, ķermeņa un ķermeņu sistēmas kustība, neņemot vērā kustības cēloņus. Kustību apraksta ar tādu lielumu vektoru kā pārvietojums, ātrums un paātrinājums, kā arī atsauces sistēmas norāde. Dažādas problēmas kinemātikā tiek atrisinātas, izmantojot kustības vienādojumu.
Mehānika - statika: pamatlielumi
Mehānikas vēsture aptver vairāk nekā vienu gadsimtu. Statikas pamatprincipi tika izstrādāti jau sen. Agrīnās civilizācijas bija vajadzīgas visādas sviras, slīpas plaknes un citi principi, lai uzbūvētu, piemēram, tādas milzīgas konstrukcijas kā piramīdas.
Mehānikas pamatlielumi ir garums, laiks, masa un spēks. Pirmos trīs sauc par absolūtajiem, neatkarīgiem viens no otra. Spēks nav absolūta vērtība, jo tā ir saistīta ar masu un ātruma izmaiņām.
Garums
Garums ir vērtība, ko izmanto, lai aprakstītu punkta pozīciju telpā attiecībā pret citu punktu. Šo attālumu sauc par standarta garuma vienību. Vispārpieņemtā standarta mērvienība garuma mērīšanai ir metrs. Šis standartsgadu gaitā attīstījās un uzlabojās. Sākotnēji tā bija viena desmitmiljonā daļa no zemes virsmas kvadranta, ar kuru bija diezgan grūti veikt mērījumus. 1983. gada 20. oktobrī metrs tika definēts kā gaismas vakuumā noietā ceļa garums 1/299 792 458 sekundē.
Laiks
Laiks ir noteikts intervāls starp diviem notikumiem. Vispārpieņemtā standarta laika vienība ir otrā. Otrais sākotnēji tika definēts kā 1/86,4 no Zemes vidējā rotācijas perioda ap savu asi. 1956. gadā sekundes definīcija tika uzlabota līdz 1/31,556 no laika, kas nepieciešams, lai Zeme veiktu vienu apgriezienu ap Sauli.
Mise
Masa ir matērijas īpašība. To var uzskatīt par vielas daudzumu, kas atrodas organismā. Šī kategorija nosaka gravitācijas ietekmi uz ķermeni un izturību pret kustību izmaiņām. Šo pretestību kustības izmaiņām sauc par inerci, kas ir ķermeņa masas rezultāts. Vispārpieņemtā masas vienība ir kilograms.
Jauda
Spēks ir atvasināta vienība, bet ļoti svarīga vienība mehānikas izpētē. To bieži definē kā viena ķermeņa iedarbību uz otru, un tā var būt vai nebūt tieša kontakta starp ķermeņiem rezultāts. Gravitācijas un elektromagnētiskie spēki ir šāda trieciena rezultāta piemēri. Ir divi ietekmes principi, spēki, kuriem ir tendence mainīt sistēmas kustības un kuriem ir tendence mainītiesdeformācijas. Spēka pamatvienība ir Ņūtons SI sistēmā un mārciņa angļu sistēmā.
Līdzsvara vienādojumi
Statisks nozīmē, ka attiecīgie objekti ir absolūti cieti. Visu spēku summai, kas iedarbojas uz ķermeni miera stāvoklī, jābūt vienādai ar nulli, tas ir, iesaistītie spēki līdzsvaro viens otru un nedrīkst būt tendence uz spēkiem, kas spēj pagriezt ķermeni ap jebkuru asi. Šie nosacījumi ir neatkarīgi viens no otra, un to izteiksme matemātiskā formā veido tā sauktos līdzsvara vienādojumus.
Ir trīs līdzsvara vienādojumi, un tāpēc var aprēķināt tikai trīs nezināmus spēkus. Ja ir vairāk nekā trīs nezināmi spēki, tas nozīmē, ka konstrukcijā vai mašīnā ir vairāk sastāvdaļu, nekā nepieciešams noteiktu slodžu noturēšanai, vai arī ir vairāk ierobežojumu, nekā nepieciešams, lai ķermenis nekustētos.
Šādus nevajadzīgus komponentus vai ierobežojumus sauc par liekiem (piemēram, galdam ar četrām kājām ir viena lieka), un spēku sistēma ir statiski nenoteikta. Statikā pieejamo vienādojumu skaits ir ierobežots, jo jebkurš stingrs korpuss paliek ciets jebkuros apstākļos neatkarīgi no formas un izmēra.
