Statik er videnskaben om metoder til at kvantificere kraften af interaktion mellem kroppe. Disse kræfter er ansvarlige for at opretholde balancen, bevæge kroppe eller ændre deres form. I hverdagen kan du hver dag se mange forskellige eksempler. Bevægelse og formændringer er afgørende for funktionaliteten af både menneskeskabte og naturlige genstande.
Begrebet statik
Grundlaget for statik blev lagt for over 2200 år siden, da den antikke græske matematiker Archimedes og andre videnskabsmænd på den tid studerede forstærkende egenskaber og opfandt simple mekanismer såsom et håndtag og en aksel. Statik er en gren af mekanikken, der beskæftiger sig med de kræfter, der virker på legemer i hvile under ligevægtstilstand.
Dette er den gren af fysik, der muliggør de analytiske og grafiske procedurer, der er nødvendige for at identificere og beskrive disse ukendte kræfter. Afsnittet "statik" (fysik) spiller en vigtig rolle i mange grene af teknik, mekanisk,civil-, luftfarts- og bioteknik, som beskæftiger sig med de forskellige effekter af styrker. Når kroppen er i hvile eller bevæger sig med en ensartet hastighed, så taler vi om dette område af fysik. Statik er studiet af kroppen i balance.
Metoderne og resultaterne af denne gren af videnskaben har vist sig at være særligt nyttige i design af bygninger, broer og dæmninger, såvel som kraner og andre lignende mekaniske anordninger. For at kunne beregne dimensionerne af sådanne strukturer og udstyr skal arkitekter og ingeniører først bestemme de kræfter, der virker på deres indbyrdes forbundne dele.
Axioms of statics
Statik er en gren af fysik, der studerer de betingelser, hvorunder mekaniske og andre systemer forbliver i en bestemt tilstand, der ikke ændrer sig med tiden. Denne sektion af fysik er baseret på fem grundlæggende aksiomer:
1. Et stift legeme er i en tilstand af statisk ligevægt, hvis to kræfter af samme intensitet virker på det, ligger på samme aktionslinje og er rettet i modsatte retninger langs den samme linje.
2. Et stift legeme vil forblive i en statisk tilstand, indtil det påvirkes af eksterne kræfter eller et system af kræfter.
3. Resultanten af to kræfter, der virker ved det samme materialepunkt, er lig med vektorsummen af de to kræfter. Dette aksiom adlyder princippet om vektorsummation.
4. To interagerende legemer reagerer på hinanden med to kræfter af samme intensitet i modsatte retninger langs den samme handlingslinje. Detteaksiomet kaldes også princippet om handling og reaktion.
5. Hvis en deformerbar krop er i en statisk balance, vil den ikke blive forstyrret, hvis den fysiske krop forbliver i en fast tilstand. Dette aksiom kaldes også størkningsprincippet.
Mekanik og dens sektioner
Fysik på græsk (physikos - "naturlig" og "fysisk" - "natur") betyder bogstaveligt t alt den videnskab, der beskæftiger sig med naturen. Den dækker alle kendte love og egenskaber for stof, samt de kræfter, der virker på det, herunder tyngdekraft, varme, lys, magnetisme, elektricitet og andre kræfter, der kan ændre genstandes grundlæggende egenskaber. En af videnskabens grene er mekanik, som omfatter så vigtige underafsnit som statik og dynamik, samt kinematik.
Mekanik er en gren af fysik, der studerer kræfter, objekter eller kroppe, der er i hvile eller i bevægelse. Det er en af de største enheder inden for videnskab og teknologi. Opgaver i statik omfatter undersøgelse af kroppens tilstand under indflydelse af forskellige kræfter. Kinematik er en gren af fysik (mekanik), der studerer bevægelser af objekter, uanset de kræfter, der forårsager bevægelsen.
Teoretisk mekanik: statik
Mekanik er en fysisk videnskab, der betragter kroppens adfærd under påvirkning af kræfter. Der er 3 kategorier af mekanik: absolut stiv krop, deformerbare legemer og væske. Et stivt legeme er et legeme, der ikke deformeres under påvirkning afkræfter. Teoretisk mekanik (statik - en del af mekanikken i et absolut stivt legeme) omfatter også dynamik, som igen er opdelt i kinematik og kinetik.
Mekanikken i et deformerbart legeme beskæftiger sig med fordelingen af kræfter inde i kroppen og de resulterende deformationer. Disse indre kræfter forårsager visse spændinger i kroppen, som i sidste ende kan føre til en ændring i selve materialet. Disse spørgsmål studeres i materialestyrkekurser.
Væskemekanik er en gren af mekanik, der beskæftiger sig med fordelingen af kræfter i væsker eller gasser. Væsker er meget udbredt i teknik. De kan klassificeres som inkompressible eller komprimerbare. Applikationerne omfatter hydraulik, rumfart og mange flere.
Begrebet dynamik
Dynamics omhandler kraft og bevægelse. Den eneste måde at ændre en krops bevægelse på er at bruge magt. Sammen med kraft studerer dynamik andre fysiske begreber, blandt hvilke er følgende: energi, momentum, kollision, tyngdepunkt, drejningsmoment og inertimoment.
Statisk og dynamisk er fuldstændig modsatte tilstande. Dynamik er studiet af kroppe, der ikke er i ligevægt, og der opstår acceleration. Kinetik er studiet af de kræfter, der forårsager bevægelse, eller de kræfter, der er resultatet af bevægelse. I modsætning til et sådant begreb som statik er kinematik læren om en krops bevægelse, som ikke tager højde for det faktum, athvordan bevægelsen er lavet. Det omtales nogle gange som "bevægelsens geometri".
Kinematics
Kinematiske principper anvendes ofte til at analysere bestemmelsen af position, hastighed og acceleration i forskellige dele af udstyret under dets drift. Kinematik betragter bevægelsen af et punkt, et legeme og et system af kroppe uden at overveje årsagerne til bevægelse. Bevægelse er beskrevet af en vektor af størrelser såsom forskydning, hastighed og acceleration sammen med en indikation af en referenceramme. Forskellige problemer i kinematik løses ved hjælp af bevægelsesligningen.
Mekanik - statik: fundamentale størrelser
Mekanikkens historie strækker sig over mere end et århundrede. De grundlæggende principper for statik blev udviklet for længe siden. Alle former for løftestænger, skråplan og andre principper var nødvendige i de tidlige civilisationer for at bygge for eksempel så store strukturer som pyramiderne.
De grundlæggende størrelser i mekanik er længde, tid, masse og kraft. De første tre kaldes absolutte, uafhængige af hinanden. Kraft er ikke en absolut værdi, da den er relateret til masse og ændringer i hastighed.
Længde
Længde er en værdi, der bruges til at beskrive positionen af et punkt i rummet i forhold til et andet punkt. Denne afstand kaldes standardlængdeenheden. Den almindeligt accepterede standardenhed til måling af længde er meteren. Denne standardudviklet og forbedret gennem årene. I starten var det en ti-milliontedel af jordens overfladekvadrant, som det var ret vanskeligt at foretage målinger med. Den 20. oktober 1983 blev måleren defineret som længden af den sti, lyset rejste i et vakuum på 1/299.792.458 af et sekund.
Tid
Tid er et vist interval mellem to begivenheder. Den almindeligt accepterede standard tidsenhed er den anden. Den anden blev oprindeligt defineret som 1/86,4 af Jordens gennemsnitlige rotationsperiode på sin akse. I 1956 blev definitionen af et sekund forbedret til 1/31,556 af den tid, det tager for Jorden at gennemføre en omdrejning omkring Solen.
Messe
Masse er en egenskab ved stof. Det kan opfattes som mængden af stof indeholdt i kroppen. Denne kategori definerer virkningen af tyngdekraften på kroppen og modstand mod ændringer i bevægelse. Denne modstand mod ændringer i bevægelse kaldes inerti, som er resultatet af kroppens masse. Den almindeligt accepterede masseenhed er kilogram.
Power
Kraft er en afledt enhed, men en meget vigtig enhed i studiet af mekanik. Det defineres ofte som en krops handling på en anden, og kan eller kan ikke være resultatet af direkte kontakt mellem kroppe. Gravitations- og elektromagnetiske kræfter er eksempler på resultatet af en sådan påvirkning. Der er to principper for indflydelse, af kræfter, der har tendens til at ændre systemets bevægelser, og som har en tendens til detdeformationer. Den grundlæggende kraftenhed er Newton i SI-systemet og pundet i det engelske system.
ligevægtsligninger
Statisk betyder, at de pågældende objekter er absolut solide. Summen af alle kræfter, der virker på et legeme i hvile, skal være lig med nul, det vil sige, at de involverede kræfter balancerer hinanden, og der bør ikke være nogen tendens til kræfter, der er i stand til at dreje kroppen rundt om en hvilken som helst akse. Disse forhold er uafhængige af hinanden, og deres udtryk i matematisk form udgør de såkaldte ligevægtsligninger.
Der er tre ligevægtsligninger, og derfor kan kun tre ukendte kræfter beregnes. Hvis der er mere end tre ukendte kræfter, betyder det, at der er flere komponenter i strukturen eller maskinen, end der kræves for at understøtte visse belastninger, eller at der er flere begrænsninger end nødvendigt for at forhindre kroppen i at bevæge sig.
Sådanne unødvendige komponenter eller begrænsninger kaldes redundante (for eksempel har en tabel med fire ben én redundant), og kraftsystemet er statisk ubestemt. Antallet af ligninger, der er tilgængelige i statik, er begrænset, da ethvert stivt legeme forbliver solidt under alle forhold, uanset form og størrelse.
