Statyczna historia, jakie badania, zastosowania, prawa

Statyczny Jest to gałąź mechaniki, która bada równowagę sztywnych ciał, z zastrzeżeniem działania różnych sił. Gdy ciało jest sztywne, cząstki, które je nadają, nie zmieniają swoich względnych pozycji, a zatem obiekt jest niezdolny.

Takie obiekty można znaleźć w równowadze, czy w spoczynku (bilans statyczny), jakby poruszały się (równowaga dynamiczna), tylko w tym drugim przypadku ruch musi być jednolity prostoliniowy.

Rysunek 1. Akwedukt rzymski w Segovia w Hiszpanii. Starzy rzymskich budowniczych skutecznie zastosowali zasady statyczne. Źródło: Wikimedia Commons.

W przypadku konstrukcji, takich jak budynki, mosty i drogi, interesy statyczne.

Ale statyczne nie ogranicza się do dziedziny inżynierii lądowej. Ma również zastosowanie do równowagi cząstek z ładunkiem elektrycznym i obiektów zanurzonych w ciągłych mediach, takich jak powietrze i woda.

[TOC]

Historia statyczna jako gałąź mechaniki

Static miał wczesny rozwój historyczny, wynikający z potrzeby budowy stałych struktur w miarę ustanowienia miast. Starożytni Egipcjanie zostawili swoje zabytki jako dowód; Znali proste maszyny, takie jak koła pasowe, dźwignie i skłonne plany.

Inne cywilizacje starożytnego świata, których zabytki przetrwały do ​​dziś, znały również podstawowe zasady, ale to Grecy zaczęli systematyzować swoje badania.

Wielkie greckie fizyk archimedes Syracuse (287-212 AC) opuściły fundamenty użycia dźwigni i równowagi zanurzonych ciał -ciał hydrostatycznych-.

Następnie inni wielcy naukowcy, tacy jak Leonardo i Galileo, wnieśli ważny wkład. Ten ostatni ustalił, że siła netto nie była wymagana do utrzymania ruchu ciała (równowaga dynamiczna).

Galileo Galilei - Źródło: Domenico Tintoretto [domena publiczna]

Simon Stevin (1548-1620) również się wyróżnia, pierwszy, który obserwuje paradoks hydrostatyczny i opisuje równowagę ciał na pochylonej płaszczyźnie.

Później Isaac Newton (1642-1727) podał sformułowanie statycznego ostatecznego impulsu z trzema prawami mechaniki.

Rysunek 2. Na lewym Archimedes Syracuse i po prawej Izaak Newtona, pionierzy w badaniu statycznym i mechaniki. Źródło: Wikimedia Commons.

Kolejny wkład, który należy wspomnieć o jego znaczeniu, został wniesiony przez D'Alembert i koncepcję siły bezwładnościowej. Dzięki temu można zbadać dynamiczne problemy poprzez koncepcję równowagi.

Może ci służyć: amplituda fali: cechy, wzory i ćwiczenia

Z długiej listy naukowców i inżynierów, którzy przyczynili się do statycznego, musimy wspomnieć o nazwach Eulera i Lagrange'a, którzy opracowali techniki matematyczne, aby kształtować swoje zastosowania.

Jakie badania statyczne?

Słowo statyczny Pochodzi od greckiego słowa, aby wyznaczyć to, co jest stacjonarne.

Ta ważna gałąź mechaniki jest podstawą konstrukcji, które zamieszkujemy, i nie tylko, ponieważ istnieją inne pola, w których obowiązują jej zasady:

Aerostatyka

Przestudiuj równowagę ciał w powietrzu.

Hydrostatyczny

Stosuje zasady statyczne do ciał zanurzonych w wodzie lub innych płynach.

Elektrostatyka

Ważna gałąź elektromagnetyzmu, która bada obciążenia elektryczne w równowadze statycznej.

Magnetostatyczny

Jest to gałąź poświęcona badaniu pól magnetycznych, które nie różnią się w czasie.

Cząsteczka statyczna

Po pierwsze, statyczny zakłada, że ​​obiekt jest modelowany tak, jakby był cząsteczką lub punktem materiału, bez mierzalnego rozmiaru, ale tak, z masą.

Jeśli chodzi o ciało jako cząstkę, mówimy, że jest ono w równowadze statycznej, gdy powstała siła na niej jest nieważna.

Statyczny rozszerzonych ciał

Model bardziej przywiązany do rzeczywistości zakłada, że ​​obiekty są rozszerzonymi ciałami, związkami mnogości cząstek, co oznacza, że ​​siły można zastosować do różnych punktów.

Jest to bardzo ważne, ponieważ efekty te mogą być:

-Dynamiczny, związane z ruchem lub jego brakiem,

-Deformatory, za zmiany w sposób, w jaki ciała podlegają siłom.

Statyczny zakłada, że ​​obiekty są sztywne i niezdolne, dlatego nie badają zdeformowanych efektów, ale dynamiki.

Gdy wymiary badanego obiektu są mierzalne, siły można zastosować do różnych miejsc i możliwe, że nawet jeśli go nie przenoszą, mogą go obrócić. W takim przypadku obiekt nie byłby w równowadze statycznej.

Aplikacje

Zastosowania statycznego znajdują się wszędzie, dlatego jest to gałąź mechaniki, która ma najwięcej zastosowań, chociaż wiele razy nie zdajemy sobie z tego sprawy:

W domu

Można zastosować zasady statyczne do mebli, szaf, urządzeń, lamp, książek i dowolnego obiektu spoczynkowego w domu. Ciągle upewniamy się, że rzeczy się nie upadnie, nie odwracamy ani nie zmieniamy przypadków.

Może ci służyć: stacjonarna teoria stanu: historia, wyjaśnienie, wiadomości

W konstrukcjach cywilnych

Podobnie, budowniczowie budynków, które zamieszkujemy.

Zasady te mają również zastosowanie w budowie dróg i mostów.

W projektowaniu maszyn

Statyczny dotyczy również projektowania i budowy elementów maszyn.

Niektóre elementy są oczywiście mobilne, ale inne nie są. Właśnie dlatego inżynierowie zapewniają bardzo dobrze zbudowane maszyny, w jakiś sposób nie zawalają.

Rysunek 3.- Gay Enola w National Air & Space Museum w Waszyngtonie. Zasady statyczne zostały użyte do zawieszenia go z kabli podlegających dachu Halla wystawowego. Źródło: Wikimedia Commons.

Główne prawa statyczne

Podstawą statyczną jest badanie sił i działań, które wykonują za pomocą trzech praw Newton of Mechanics:

Pierwsze prawo Newtona

Ciało pozostaje w spoczynku lub w jednolitym ruchu prostoliniowym, chyba że niezrównoważona siła sprawi, że zmieniło swoje stwierdzenie ruchu.

Drugie prawo Newton

Suma sił działających na ciele, zwana wynikową siłą F_R, Jest równy produkkowi ciasta M (skalar) do przyspieszenia Do (Wektor).

Dla drugiego prawa Static Newton przyjmuje formę:

F_R = 0

Ponieważ reszta lub jednolity ruch prostoliniowy przekłada się na zerowe przyspieszenie.

Trzecie prawo Newtona

Jeśli ciało 1 wywiera siłę na ciało 2, nazywane F₁₂, Ciało 2 wywiera siłę na ciało 1, oznaczone jako F_{dwadzieścia jeden}, w taki sposób, że F₁₂ I F_{dwadzieścia jeden} Mają tę samą intensywność i przeciwny kierunek:

F₁₂ = - F_{dwadzieścia jeden}

Moment obrotowy lub moment siły

Wcześniej powiedzieliśmy, że możliwe jest, że siły, chociaż nie powodują ruchu tłumaczenia na ciało, mogą, w zależności od sposobu, w jaki stosuje.

Cóż, wielkość fizyczna, która określa, czy ciało złamane, czy nie jest wywoływane Moment obrotowy albo moment siły, oznaczone jako M.

Moment obrotowy lub moment siły F To zależy od intensywności tego, wektora R To wychodzi z punktu zastosowania tego samego do osi obrotu, a na koniec kąta zastosowania. Przez cały produkt krzyżowy lub produkt wektorowy R I F:

Może ci służyć: durometr: po co to jest, jak działa, części, typy

M = R X F  (Jednostki si: n.M)

Obiekt może obracać się w odniesieniu do różnych osi, dlatego moment jest zawsze obliczany w odniesieniu do określonej osi. I aby ciało pozostało statyczne, konieczne jest, aby wszystkie chwile były zerowe.

Warunki równowagi

Są to niezbędne warunki, aby sztywna substancja stała była w równowadze statycznej, więc są znane jako Warunki równowagi:

First Bilans Warunek

Suma sił działających na ciele musi zostać anulowana. W formie matematycznej:

∑ F_Siema = 0

Co do sił, które działają na ciele, są one podzielone na wewnętrzne i zewnętrzne.

Siły wewnętrzne są odpowiedzialne za utrzymanie spójności ciała. Na przykład samochód składa się z wielu części, które poprawnie wyrażały, że maszyna porusza się jako całość, dzięki siłom wewnętrznym między związkami stron.

Ze swojej strony siły zewnętrzne to te, które ćwiczą inne ciała w badanym obiekcie.

W przykładzie samochodu siły mogą być ciężarem, wykonywane przez ziemię, wsparcie zapewniane przez powierzchnię, przyłożone na kołach i tarcia między oponami a chodnikiem.

Ponadto statyczny rozważa niezliczone wsparcie, reakcje i ligatury, w zależności od rozważanych elementów i możliwości istniejących ruchów.

Drugi warunek równowagi

Suma momentów wokół arbitralnej osi należy również anulować, co wyrażamy w następujący sposób:

∑ M_Siema = 0

Gdy warunki równowagi mają zastosowanie do ciała w płaszczyźnie, siły należy podzielić na dwa komponenty kartezjańskie x i y. W ten sposób uzyskuje się dwa równania, po jednym dla każdego komponentu.

Drugi warunek równowagi pozwala nam w momentach dodać trzecie równanie.

Z drugiej strony dla trzech obiektów wymiarowych liczba równań wzrasta do 6.

Należy zauważyć, że zgodność z warunkami równowagi jest konieczna, aby zapewnić statyczną równowagę ciała.

Ale to nie wystarczy, ponieważ są przypadki, w których te warunki są spełnione, ale nie możemy upewnić się, że obiekt jest w równowadze. Tak się dzieje, gdy istnieje względny ruch między częściami obiektu, to znaczy substancja stała jest częściowo połączona.

Bibliografia

1. Bedford, ‌2000.DO.‌ ‌mecanic‌ ‌para‌ ‌ingeniería: ‌ ‌estatic.‌ ‌addison‌ ‌wesley.‌
2. Hibbeler, R. 2006. Mechanika inżynierów: statyczne. i Ta. Wydanie. Cecsa.
3. Katz, d. 2017. Fizyka dla naukowców i inżynierów. Cengage Learning.
4. Tippens, s. 1. 2011. Fizyka: koncepcje i zastosowania. 7. edycja. McGraw Hill
5. Uniwersytet Sevilla. Statyczne sztywne stałe. Odzyskane od: osobiste.nas.Jest.