Statiikka on tiedettä menetelmistä kappaleiden välisen vuorovaikutusvoiman kvantifioimiseksi. Nämä voimat ovat vastuussa tasapainon ylläpitämisestä, kehon liikuttamisesta tai muodon muuttamisesta. Arkielämässä voit nähdä useita erilaisia esimerkkejä joka päivä. Liikkeet ja muodonmuutokset ovat kriittisiä sekä ihmisen että luonnon esineiden toimivuudelle.
Stiikan käsite
Stiikan perusta luotiin yli 2200 vuotta sitten, kun antiikin kreikkalainen matemaatikko Arkhimedes ja muut tuon ajan tiedemiehet tutkivat vahvistavia ominaisuuksia ja keksivät yksinkertaisia mekanismeja, kuten vivun ja akselin. Statiikka on mekaniikan haara, joka käsittelee voimia, jotka vaikuttavat kehoihin levossa tasapainotilassa.
Tämä on fysiikan haara, joka mahdollistaa näiden tuntemattomien voimien tunnistamiseen ja kuvaamiseen tarvittavat analyyttiset ja graafiset menettelyt. Osalla "statiikka" (fysiikka) on tärkeä rooli monilla tekniikan aloilla, mekaniikka,siviili-, ilmailu- ja biotekniikka, jotka käsittelevät voimien erilaisia vaikutuksia. Kun keho on levossa tai liikkuu tasaisella nopeudella, puhumme tästä fysiikan alueesta. Statiikka tutkii kehon tasapainoa.
Tämän tieteenalan menetelmät ja tulokset ovat osoittautuneet erityisen hyödyllisiksi rakennusten, siltojen ja patojen sekä nostureiden ja muiden vastaavien mekaanisten laitteiden suunnittelussa. Voidakseen laskea tällaisten rakenteiden ja laitteiden mitat, arkkitehtien ja insinöörien on ensin määritettävä voimat, jotka vaikuttavat niiden toisiinsa yhteydessä oleviin osiin.
Stiikan aksioomat
Statiikka on fysiikan haara, joka tutkii olosuhteita, joissa mekaaniset ja muut järjestelmät pysyvät tietyssä tilassa, joka ei muutu ajan myötä. Tämä fysiikan osa perustuu viiteen perusaksioomaan:
1. Jäykkä kappale on staattisen tasapainon tilassa, jos siihen vaikuttaa kaksi saman intensiteetin voimaa, jotka ovat samalla toimintalinjalla ja suuntautuvat vastakkaisiin suuntiin samaa linjaa pitkin.
2. Jäykkä kappale pysyy staattisessa tilassa, kunnes ulkoiset voimat tai voimajärjestelmä vaikuttavat siihen.
3. Kahden samassa materiaalipisteessä vaikuttavan voiman resultantti on yhtä suuri kuin näiden kahden voiman vektorisumma. Tämä aksiooma noudattaa vektorien summauksen periaatetta.
4. Kaksi vuorovaikutuksessa olevaa kappaletta reagoivat toisiinsa kahdella samanvoimaisella voimalla vastakkaisiin suuntiin samalla toimintalinjalla. Tämäaksioomaa kutsutaan myös toiminnan ja reaktion periaatteeksi.
5. Jos muotoaan muuttava kappale on staattisen tasapainon tilassa, se ei häiriinny, jos fyysinen keho pysyy kiinteässä tilassa. Tätä aksioomaa kutsutaan myös jähmettymisperiaatteeksi.
Mekaniikka ja sen osat
Fysiikka kreikaksi (physikos - "luonnollinen" ja "physis" - "luonto") tarkoittaa kirjaimellisesti tiedettä, joka käsittelee luontoa. Se kattaa kaikki tunnetut aineen lait ja ominaisuudet sekä siihen vaikuttavat voimat, mukaan lukien painovoima, lämpö, valo, magnetismi, sähkö ja muut voimat, jotka voivat muuttaa esineiden perusominaisuuksia. Yksi tieteenhaaroista on mekaniikka, johon kuuluvat sellaiset tärkeät alakohdat kuin staattinen ja dynamiikka sekä kinematiikka.
Mekaniikka on fysiikan haara, joka tutkii voimia, esineitä tai kappaleita, jotka ovat levossa tai liikkeessä. Se on yksi suurimmista tieteen ja teknologian alan kokonaisuuksista. Statiikan tehtäviin kuuluu kehon tilan tutkiminen erilaisten voimien vaikutuksen alaisena. Kinematiikka on fysiikan (mekaniikan) haara, joka tutkii esineiden liikettä riippumatta liikettä aiheuttavista voimista.
Teoreettinen mekaniikka: statiikka
Mekaniikka on fysikaalinen tiede, joka tarkastelee kehon käyttäytymistä voimien vaikutuksesta. Mekaniikassa on 3 luokkaa: ehdottoman jäykkä runko, muotoaan muuttavat kappaleet ja neste. Jäykkä kappale on runko, joka ei muutu muotoaan sen vaikutuksestavoimat. Teoreettinen mekaniikka (statiikka - osa ehdottoman jäykän kappaleen mekaniikkaa) sisältää myös dynamiikan, joka puolestaan jakautuu kinematiikkaan ja kinetiikkaan.
Muotoutuvan kappaleen mekaniikka käsittelee voimien jakautumista kehon sisällä ja niistä aiheutuvia muodonmuutoksia. Nämä sisäiset voimat aiheuttavat kehossa tiettyjä jännityksiä, jotka voivat lopulta johtaa muutokseen itse materiaalissa. Näitä asioita tutkitaan materiaalien lujuuskursseilla.
Nestemekaniikka on mekaniikan ala, joka käsittelee voimien jakautumista nesteiden tai kaasujen sisällä. Nesteitä käytetään laajasti tekniikassa. Ne voidaan luokitella kokoonpuristumattomiksi tai kokoonpuristumattomiksi. Sovelluksia ovat hydrauliikka, ilmailu ja monet muut.
Dynamiikan käsite
Dynamics käsittelee voimaa ja liikettä. Ainoa tapa muuttaa kehon liikettä on käyttää voimaa. Voiman ohella dynamiikka tutkii muita fysikaalisia käsitteitä, joita ovat muun muassa seuraavat: energia, liikemäärä, törmäys, painopiste, vääntömomentti ja hitausmomentti.
Staattinen ja dynaaminen ovat täysin vastakkaisia tiloja. Dynamiikka on tutkimus kappaleista, jotka eivät ole tasapainossa, ja kiihtyvyys tapahtuu. Kinetiikka on tutkimusta voimista, jotka aiheuttavat liikettä, tai voimia, jotka johtuvat liikkeestä. Toisin kuin sellainen käsite kuin statiikka, kinematiikka on oppi kehon liikkeestä, joka ei ota huomioon sitä tosiasiaa, ettämiten liike tehdään. Sitä kutsutaan joskus "liikkeen geometriaksi".
Kinematiikka
Kinemaattisia periaatteita sovelletaan usein analysoitaessa sijainnin, nopeuden ja kiihtyvyyden määritystä laitteiston eri osissa sen toiminnan aikana. Kinematiikka tarkastelee pisteen, kappaleen ja kappalejärjestelmän liikettä ottamatta huomioon liikkeen syitä. Liikettä kuvataan suureiden, kuten siirtymän, nopeuden ja kiihtyvyyden, vektorilla sekä viitekehyksen osoituksella. Erilaisia kinematiikan ongelmia ratkaistaan liikeyhtälön avulla.
Mekaniikka - statiikka: perussuureet
Mekaniikan historia ulottuu yli vuosisadalle. Statiikan perusperiaatteet kehitettiin kauan sitten. Kaikenlaisia vipuja, k altevia tasoja ja muita periaatteita tarvittiin varhaisten sivilisaatioiden aikana rakentamaan esimerkiksi sellaisia v altavia rakenteita kuin pyramidit.
Mekaniikan perussuureet ovat pituus, aika, massa ja voima. Kolmea ensimmäistä kutsutaan absoluuttiseksi, toisistaan riippumattomaksi. Voima ei ole absoluuttinen arvo, koska se liittyy massaan ja nopeuden muutoksiin.
Pituus
Pituus on arvo, jota käytetään kuvaamaan pisteen sijaintia avaruudessa suhteessa toiseen pisteeseen. Tätä etäisyyttä kutsutaan vakiopituusyksiköksi. Yleisesti hyväksytty vakiopituuden mittayksikkö on metri. Tämä standardikehittynyt ja parantunut vuosien varrella. Aluksi se oli kymmenen miljoonasosa maan pintakvadrantista, jolla mittausten tekeminen oli melko vaikeaa. 20. lokakuuta 1983 mittari määriteltiin valon tyhjiössä kulkeman reitin pituudeksi 1/299.792.458 sekunnissa.
Aika
Aika on tietty aikaväli kahden tapahtuman välillä. Yleisesti hyväksytty standardiaikayksikkö on toinen. Toinen määriteltiin alun perin 1/86,4:ksi maapallon keskimääräisestä pyörimisjaksosta sen akselin ympäri. Vuonna 1956 sekunnin määritelmää parannettiin 1/31,556:een ajasta, joka maapallolla kuluu yhden kierroksen suorittamiseen Auringon ympäri.
Messu
Massa on aineen ominaisuus. Sitä voidaan pitää kehon sisältämänä aineen määränä. Tämä kategoria määrittelee painovoiman vaikutuksen kehoon ja vastustuskykyä liikkeen muutoksille. Tätä vastustusta liikkeen muutoksille kutsutaan inertiaksi, joka on seurausta kehon massasta. Yleisesti hyväksytty massayksikkö on kilogramma.
Voima
Voima on johdettu yksikkö, mutta erittäin tärkeä yksikkö mekaniikan tutkimuksessa. Se määritellään usein kehon vaikutukseksi toiseen, ja se voi olla seurausta kehon välisestä suorasta kosketuksesta tai ei. Gravitaatio- ja sähkömagneettiset voimat ovat esimerkkejä tällaisen törmäyksen seurauksista. On olemassa kaksi vaikuttamisen periaatetta, voimat, joilla on taipumus muuttaa järjestelmän liikkeitä ja joilla on taipumus muuttaamuodonmuutoksia. Voiman perusyksikkö on Newton SI-järjestelmässä ja punta Englannin järjestelmässä.
Tasapainoyhtälöt
Staattinen tarkoittaa, että kyseessä olevat kohteet ovat täysin kiinteitä. Kaikkien levossa olevaan kappaleeseen vaikuttavien voimien summan on oltava nolla, eli mukana olevat voimat tasapainottavat toisiaan, eikä voimilla saisi olla taipumusta voimille, jotka pystyvät kääntämään kehon minkä tahansa akselin ympäri. Nämä ehdot ovat toisistaan riippumattomia, ja niiden ilmaisu matemaattisessa muodossa muodostaa niin sanotut tasapainoyhtälöt.
Tasapainoyhtälöitä on kolme, ja siksi vain kolme tuntematonta voimaa voidaan laskea. Jos tuntemattomia voimia on enemmän kuin kolme, se tarkoittaa, että rakenteessa tai koneessa on enemmän komponentteja kuin tarvitaan tiettyjen kuormien tukemiseen tai että rajoituksia on enemmän kuin on tarpeen kehon estämiseksi liikkumasta.
Tällaisia tarpeettomia komponentteja tai rajoituksia kutsutaan redundantteiksi (esimerkiksi pöydällä, jossa on neljä jalkaa, on yksi redundantti), ja voimajärjestelmä on staattisesti määrittelemätön. Statiikassa käytettävissä olevien yhtälöiden määrä on rajoitettu, koska mikä tahansa jäykkä kappale pysyy kiinteänä kaikissa olosuhteissa, muodosta ja koosta riippumatta.
