Statika je znanost o metodama za kvantificiranje sile interakcije između tijela. Te su sile odgovorne za održavanje ravnoteže, pomicanje tijela ili promjenu njihovog oblika. U svakodnevnom životu možete vidjeti mnogo različitih primjera svaki dan. Promjene kretanja i oblika kritične su za funkcionalnost i umjetnih i prirodnih objekata.
Koncept statike
Temelji statike postavljeni su prije više od 2200 godina, kada su starogrčki matematičar Arhimed i drugi znanstvenici tog vremena proučavali svojstva pojačanja i izmišljali jednostavne mehanizme kao što su poluga i osovina. Statika je grana mehanike koja se bavi silama koje djeluju na tijela koja miruju pod uvjetom ravnoteže.
Ovo je grana fizike koja omogućuje analitičke i grafičke postupke potrebne za identifikaciju i opisivanje ovih nepoznatih sila. Sekcija "statika" (fizika) igra važnu ulogu u mnogim granama inženjerstva, strojarstva,civilno, zrakoplovstvo i bioinženjering, koji se bave različitim djelovanjem snaga. Kada tijelo miruje ili se kreće ujednačenom brzinom, tada govorimo o ovom području fizike. Statika je proučavanje tijela u ravnoteži.
Metode i rezultati ove grane znanosti pokazali su se osobito korisnim u projektiranju zgrada, mostova i brana, kao i dizalica i drugih sličnih mehaničkih uređaja. Kako bi mogli izračunati dimenzije takvih konstrukcija i opreme, arhitekti i inženjeri prvo moraju odrediti sile koje djeluju na njihove međusobno povezane dijelove.
Aksiomi statike
Statika je grana fizike koja proučava uvjete pod kojima mehanički i drugi sustavi ostaju u određenom stanju koje se ne mijenja s vremenom. Ovaj dio fizike temelji se na pet osnovnih aksioma:
1. Kruto tijelo je u stanju statičke ravnoteže ako na njega djeluju dvije sile istog intenziteta, leže na istoj liniji djelovanja i usmjerene su u suprotnim smjerovima duž iste linije.
2. Kruto tijelo će ostati u statičkom stanju sve dok na njega ne utječu vanjske sile ili sustav sila.
3. Rezultanta dviju sila koje djeluju na istoj materijalnoj točki jednaka je vektorskom zbroju dviju sila. Ovaj aksiom se pokorava principu zbrajanja vektora.
4. Dva tijela koja djeluju međusobno reagiraju jedno na drugo s dvije sile jednakog intenziteta u suprotnim smjerovima duž iste linije djelovanja. Ovajaksiom se također naziva princip djelovanja i reakcije.
5. Ako je deformabilno tijelo u stanju statičke ravnoteže, ono neće biti poremećeno ako fizičko tijelo ostane u čvrstom stanju. Ovaj aksiom se također naziva principom učvršćivanja.
Mehanika i njezini dijelovi
Fizika na grčkom (physikos - "prirodno" i "physis" - "priroda") doslovno znači znanost koja se bavi prirodom. Obuhvaća sve poznate zakone i svojstva materije, kao i sile koje na nju djeluju, uključujući gravitaciju, toplinu, svjetlost, magnetizam, elektricitet i druge sile koje mogu promijeniti osnovne karakteristike objekata. Jedna od grana znanosti je mehanika, koja uključuje tako važne pododjeljke kao što su statika i dinamika, kao i kinematika.
Mehanika je grana fizike koja proučava sile, objekte ili tijela koja miruju ili se kreću. To je jedan od najvećih subjekata u području znanosti i tehnologije. Zadaci u statici uključuju proučavanje stanja tijela pod utjecajem različitih sila. Kinematika je grana fizike (mehanike) koja proučava kretanje objekata, bez obzira na sile koje uzrokuju kretanje.
Teorijska mehanika: statika
Mehanika je fizikalna znanost koja razmatra ponašanje tijela pod djelovanjem sila. Postoje 3 kategorije mehanike: apsolutno kruto tijelo, deformabilna tijela i tekućina. Kruto tijelo je tijelo koje se ne deformira pod djelovanjemsnage. Teorijska mehanika (statika - dio mehanike apsolutno krutog tijela) također uključuje dinamiku, koja se, pak, dijeli na kinematiku i kinetiku.
Mehanika deformabilnog tijela bavi se raspodjelom sila unutar tijela i rezultirajućim deformacijama. Te unutarnje sile uzrokuju određena naprezanja u tijelu, što u konačnici može dovesti do promjene u samom materijalu. Ova pitanja se proučavaju na tečajevima o čvrstoći materijala.
Mehanika fluida je grana mehanike koja se bavi raspodjelom sila unutar tekućina ili plinova. Tekućine se široko koriste u inženjerstvu. Mogu se klasificirati kao nestišljive ili kompresibilne. Primjene uključuju hidrauliku, zrakoplovstvo i još mnogo toga.
Koncept dinamike
Dynamics se bavi silom i kretanjem. Jedini način da promijenite kretanje tijela je korištenje sile. Uz silu, dinamika proučava i druge fizikalne pojmove, među kojima su: energija, zamah, sudar, težište, moment i moment inercije.
Statično i dinamičko potpuno su suprotna stanja. Dinamika je proučavanje tijela koja nisu u ravnoteži i dolazi do ubrzanja. Kinetika je proučavanje sila koje uzrokuju gibanje, ili sila koje proizlaze iz gibanja. Za razliku od takvog koncepta kao što je statika, kinematika je doktrina o kretanju tijela, koja ne uzima u obzir činjenicu dakako je pokret napravljen. Ponekad se naziva "geometrija kretanja".
Kinematika
Kinematički principi se često primjenjuju za analizu određivanja položaja, brzine i ubrzanja u različitim dijelovima opreme tijekom njenog rada. Kinematika razmatra gibanje točke, tijela i sustava tijela ne uzimajući u obzir uzroke gibanja. Gibanje se opisuje vektorom veličina kao što su pomak, brzina i ubrzanje zajedno s naznakom referentnog okvira. Različiti problemi u kinematici rješavaju se pomoću jednadžbe gibanja.
Mehanika - statika: osnovne veličine
Povijest mehanike proteže se više od jednog stoljeća. Osnovna načela statike razvijena su davno. Sve vrste poluga, nagnutih ravnina i drugih principa bile su potrebne tijekom ranih civilizacija za izgradnju, na primjer, tako golemih struktura kao što su piramide.
Osnovne veličine u mehanici su duljina, vrijeme, masa i sila. Prva tri se nazivaju apsolutni, neovisni jedno o drugom. Sila nije apsolutna vrijednost jer je povezana s masom i promjenama brzine.
Dužina
Duljina je vrijednost koja se koristi za opisivanje položaja točke u prostoru u odnosu na drugu točku. Ta se udaljenost naziva standardnom jedinicom duljine. Općenito prihvaćena standardna jedinica za mjerenje duljine je metar. Ovaj standardrazvijao i usavršavao tijekom godina. U početku je to bio jedan desetmilijunti dio kvadranta zemljine površine, s kojim je bilo prilično teško izvršiti mjerenja. Dana 20. listopada 1983., metar je definiran kao duljina puta koju je svjetlost prešla u vakuumu u 1/299.792.458 sekunde.
Vrijeme
Vrijeme je određeni interval između dva događaja. Općeprihvaćena standardna jedinica vremena je sekunda. Drugi je izvorno definiran kao 1/86,4 srednjeg razdoblja Zemljine rotacije oko svoje osi. Godine 1956. definicija sekunde je poboljšana na 1/31,556 vremena potrebnog Zemlji da izvrši jedan okret oko Sunca.
Misa
Masa je svojstvo materije. Može se smatrati količinom materije sadržane u tijelu. Ova kategorija definira učinak gravitacije na tijelo i otpor promjeni kretanja. Taj otpor promjeni gibanja naziva se inercija, što je rezultat mase tijela. Općenito prihvaćena jedinica mase je kilogram.
Snaga
Sila je izvedena jedinica, ali vrlo važna jedinica u proučavanju mehanike. Često se definira kao djelovanje jednog tijela na drugo, a može, ali i ne mora biti rezultat izravnog kontakta između tijela. Gravitacijske i elektromagnetske sile primjeri su rezultata takvog udara. Postoje dva principa utjecaja, sila koje nastoje promijeniti kretanje sustava i koje teže tomedeformacije. Osnovna jedinica sile je Newton u SI sustavu i funta u engleskom sustavu.
jednadžbe ravnoteže
Statični znači da su predmeti u pitanju apsolutno čvrsti. Zbroj svih sila koje djeluju na tijelo koje miruje mora biti jednak nuli, odnosno uključene sile uravnotežuju jedna drugu i ne bi trebalo postojati tendencija sila koje mogu okrenuti tijelo oko bilo koje osi. Ovi uvjeti su neovisni jedan o drugom, a njihov izraz u matematičkom obliku čini takozvane jednadžbe ravnoteže.
Postoje tri jednadžbe ravnoteže, pa se stoga mogu izračunati samo tri nepoznate sile. Ako postoji više od tri nepoznate sile, to znači da postoji više komponenti u strukturi ili stroju nego što je potrebno za podupiranje određenih opterećenja, ili da postoji više ograničenja nego što je potrebno da se tijelo spriječi.
Takve nepotrebne komponente ili ograničenja nazivaju se redundantnim (na primjer, stol s četiri noge ima jednu redundantnu), a sustav sila je statički neodređen. Broj jednadžbi dostupnih u statici je ograničen, budući da svako kruto tijelo ostaje čvrsto pod bilo kojim uvjetima, bez obzira na oblik i veličinu.
