Что такое статика Определение и основные понятия

Техническая механика

Статика — часть теоретической механики, изучающая условия, при которых тело находится в равновесии. При этом равновесием считается такое состояние тела, когда оно находится в покое (т. е. без движения) или движется прямолинейно и равномерно (т. е. с постоянной скоростью) .

Основные понятия и определения статики

основные понятия статики

Абсолютно твердое (или абсолютно жесткое) тело — это такое тело, расстояние между любыми его точками не меняется в результате действия на него других тел.
Абсолютно твердых тел в природе не существует, но во многих случаях изменение размеров и формы (деформация) тел настолько незначительны, что ими можно пренебречь. В теоретической механике (в т. ч. и в статике) при решении многих задач тела предполагаются абсолютно твердыми, и их физико-механические свойства не учитываются (за исключением расчетов, связанных с силами трения) .

Материальная точка — это такая точка в пространстве, которая обладает некоторой массой и практически не имеет размеров (т. е. размеры материальной точки при расчетах не учитываются) .

В статике и теоретической механике при решении задач многие тела рассматриваются, как материальные точки, т. е. их размерами пренебрегают. Это позволяет значительно упростить расчеты при минимальной погрешности, вызываемой подобными условностями. Например, в астрономии, звезды рассматриваются, как материальные точки, несмотря на то, что они имеют колоссальные (по нашим меркам) размеры. При этом перемещение звезд в пространстве может быть рассчитано с высокой степенью точности.

Следует отметить, что одни и те же тела при решении задач технической механики (в зависимости от постановки задачи) могут рассматриваться либо, как материальная точка, либо, как тело, размеры которого необходимо учитывать. Всякое тело можно считать взаимосвязанной системой (совокупностью) материальных точек. При этом абсолютно твердое тело представляет собой неизменяемую систему материальных точек.

Тела в природе различным образом взаимодействуют между собой или окружающей средой. Механическое взаимодействие тел, влияющее на их состояние покоя или движения (механическое состояние) , характеризуется силой.

Сила — это мера механического взаимодействия тел между собой.
Сила характеризуется тремя элементами: числовым значением (модулем) , направлением и точкой приложения, т. е. сила — величина векторная. При этом числовое значение силы называют модулем вектора силы.
Направлением силы считается направление, в котором перемещалось бы изначально покоящееся (неподвижное) тело, под действием этой силы. Прямая линия, вдоль которой направлен вектор силы, называется линией действия силы .
Точкой приложения называют условную точку материального тела, к которой непосредственно приложена сила. Во многих расчетах по технической механике точка приложения оказывает решающее значение на результат силового воздействия — от нее будет зависеть характер движения тела — прямолинейное, по сложной траектории, либо тело будет просто вращаться вокруг центра тяжести. Есть задачи, в которых точка приложения силы не столь существенна, при этом силу разрешается даже перемещать вдоль линии ее действия, не вызывая изменения механического состояния материального тела.
Графически силу определяют отрезком прямой со стрелкой, при этом начало отрезка совпадает с точкой приложения силы, а его длина в определенном масштабе равна модулю вектора силы.

В соответствии с Международной системой единиц (СИ) в качестве единицы силы принят ньютон (Н).
Ньютон — сила сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1 м/сек 2 в направлении действия силы.

Совокупность тел (в т. ч. и материальных точек) взаимодействующих между собой, называется системой тел . Силы взаимодействия между телами одной системы называют внутренними силами , а силы, воздействующие на систему со стороны других тел или других систем — внешними силами .
Следует отметить, что деление сил на внешние и внутренние является условным, и зависит от постановки задачи и даже метода ее решения.
Если данную систему сил рассечь на части и рассматривать равновесие каждой из частей в отдельности, то многие внутренние силы цельной системы станут для отдельных ее частей внешними.
Условное (мысленное) расчленение системы тел (или точек) на отдельные составляющие части называют методом сечений . Этот метод широко используется при решении многих задач технической механики, и позволяет определить внутренние силы, действующие в системе.

статика - наука о равновесии

Статика при решении задач условия равновесия тел или материальных точек оперирует понятиями свободных и несвободных тел.

Свободным называется тело, если никакие другие тела не препятствуют его перемещению в любом направлении (прямо- и криволинейном движении, вращении, кувыркании и т. п.) .
Примером свободного тела может быть, например, летящий самолет, поскольку он может перемещаться в любом пространственном направлении — вверх, в стороны, вниз и т. п., не встречая преград в виде других тел на пути.

Если же тело из-за противодействия со стороны другого тела (или системы тел) не может перемещаться в одном или нескольких направлениях, то такое тело называют несвободным или связанным .
Простейшим примером связанного (несвободного) тела является лежащая на столе книга (или какой-либо другой предмет) — ее можно перемещать в любом направлении, кроме одного — вниз, поскольку этому противодействует связь со стороны столешницы.

Понятие абсолютно свободного тела также абстрактно, как и понятие абсолютно жесткого или абсолютно покоящегося (неподвижного) тела. В природе не существует абсолютно свободных тел, поскольку все тела и материальные точки, имеющие массу, подвержены силовому взаимодействию между собой. Даже самая ничтожная пылинка на краю Вселенной оказывает силовое воздействие на пылинку, витающую близ поверхности Земли, тем самым связывая ее. Летящий в небе самолет нельзя назвать абсолютно свободным — на его перемещение оказывают влияние сопротивление атмосферы, силы притяжения Земли, силы инерции, электромагнитные воздействия со стороны нашей планеты и т. п.
Тем не менее, при решении практических задач статики или других разделов технической механики несущественные связи между телами и материальными точками не учитываются, что приводит к ничтожно малым погрешностям в расчетах. Очевидно, что возникшая на пути летящего самолета твердая преграда окажет связующее влияние несравненно большее, чем воздушный поток. Поэтому в статике свободным считается тело, которое не испытывает ощутимых препятствий своему перемещению или движению в любом направлении.

Источник

Принципы и задачи статики

Статика — раздел механики, в котором изучают условия равновесия материальных тел под действием сил. К основным понятиям статики относятся понятия о силе, моменте силы относительно центра или относительно оси вращения и о паре сил.

Основная задача статики состоит в определении условий, при которых тело, на которое действуют силы, может оставаться в покое. Кроме того, статика дает указание о направлении движения тела, если его равновесие нарушено действием определенной силы.

В основе статики лежат принципы, которые являются следствием основных законов механики. Они отражают свойства сил, действующих на материальную точку и абсолютно твердое тело.

Принципы статики

  1. Сила в механике является вектором. Поэтому если на тело действует несколько сил, то их можно заменить одной равнодействующей силой, равной геометрической сумме действующих сил.
  2. Силы можно складывать и вычитать в соответствии с правилами сложения и вычитания векторов.

Перенос точки приложения силы

Рисунок 1. Перенос точки приложения силы

Разложение силы на составляющие

Рисунок 2. Разложение силы на составляющие

Правило рычага

Рисунок 3. Правило рычага

Момент вращения

Рисунок 4. Момент вращения

Момент силы равен произведению модуля силы F на расстояние h от оси вращения до линии, вдоль которой действует сила:

$\left|\overrightarrowo\left(\overrightarrow\right)\right|=Fh=Fr\ >$, где $<\mathbf \alpha >$ — угол между векторами $\overrightarrow$ и $ \overrightarrow$.

Расстояние h называется плечом силы. Момент силы есть аксиальный вектор, он направлен вдоль оси вращения в соответствии с правилом правого винта (или правилом буравчика).

Единицей момента силы в СИ является ньютон на метр: $\left|\overrightarrowo\right|=н\cdot м\ $.

Если на тело действует п сил, то результирующий момент равен геометрической сумме моментов составляющих сил. Сила, момент которой относительно данной оси равен нулю, не вызывает вращения вокруг этой оси.

Рисунок 5. Момент пары сил

Помощь со студенческой работой на тему
Принципы и задачи статики

На рис.2 вектор $\overrightarrow$ разложен на взаимно перпендикулярные составляющие $<\overrightarrow>_1$ и $<\overrightarrow>_2$. Угол между векторами $\alpha = \widehat<\overrightarrow\ <\overrightarrow>_2>=60<>^\circ $. $\overrightarrow=10\ Н$. Найти $<\overrightarrow>_1$ и $<\overrightarrow>_2$

На рис. 5 момент пары сил, приложенных к точкам А и В, $\left|\overrightarrow\left(\overrightarrow,\overrightarrow\ \right)\right|=12\ Н\cdot м$. Расстояние между точками приложения сил — 6 м. Угол $\alpha =30<>^\circ $. Найти, какая сила приложена в каждой из точек.

Читайте также:  Опрос показал знания молод жи о Великой Отечественной войне

Источник

Что такое статика? Определение и основные понятия

Что такое статика, какими параметрами и описанием она обладает, где и какую роль играет — все эти вопросы мы постараемся рассмотреть в этой статье. А также будет уделено внимание предмету изучения, набору аксиом и взаимосвязи с динамикой. В последних пунктах мы постараемся получить общее представление о динамике, разделе механики, тесно связанным со статикой, и подведем итоги.

Введение

статика значение слова

Отвечая на вопрос о том, что такое статика, можно определять ее как один из разделов механики, суть которого заключается в изучении условий равновесия механических системных устройств под влиянием приложения определенной величины силы или момента.

Главные задачи

Основные понятия и определения статики целенаправленно стараются решить две главные проблемы, среди которых:

  • Способ сложения сил и приведение системного воздействия сил в простейший вид.
  • Попытка определения условий, характеризующих систему сил, воздействующих на тела неподвижного типа.

Чтобы ответить на вопрос «что такое статика?», необходимо знать о наличии абсолютно твердых тел (А. Т. Т.) и материальных точек (М. Т.), которые являются важными составными элементами этого раздела механики.

А. Т. Т. – это тело, обладающее отсутствием деформации между парой точек, в нем. М. Т. можно характеризовать как тело, размерными величинами которого можно пренебрегать.

динамика статика определение

Существует также понятие механических сил, определяемых количественными мерами взаимодействия механического типа между материальными объектами.

Сила, как правило, подлежит описанию путем определения ее модуля и направлением движения и точкой, к которой прилагают ее, а также является векторной величиной.

Другой частью ответа на вопрос о том, что такое статика, является определение типа систем. Например, существует понятие уравновешенной системы, которая характеризуется постоянным наличием состояния покоя, даже под воздействием определенной силы.

Эквивалентные силы определяются способом их воздействия на твердый объект, а именно тип влияния должен быть одинаковым. Если же набор сил своим воздействием сопоставим с эквивалентом одной подобной величине, то такую силу именуют равнодействующей системой. Все типы воздействий делятся на внутреннюю и внешнюю форму.

Набор аксиом

основные понятия статики

Аксиомы статики – это набор важных постулатов, которые являются общепринятыми и определяют положение определенных установок.

Силовая система, которую прикладывают к определенной точке материи, может относиться к уравновешенному или эквивалентному нулю, если действие данной системы не может вывести тело из состояния покоя или придает ему инерционную форму. Чтобы приложить к объекту силы, но не нарушить его механический покой, необходимо пользоваться уравновешенной силовой системой.

Утверждения о наличии действия и противодействия гласят, что при любом воздействии одним телом на другое последнее будет оказывать противодействие в равносильном виде. Оно будет обладать аналогичной величиной, но «двигаться» в противоположном направлении.

Говоря о 2 силах, можно утверждать, что их приложение к общему телу будет уравновешенным только в случае, если их показатели воздействия обладают равной величиной и действуют, направляясь в противоположные направления, но находятся на одной прямой.

Понятие равнодействующей утверждает, что такими можно назвать силы, которые прикладываются к общей точке и обладают равной диагональю параллелограмма, построенного на силах, используемых в качестве сторон.

Постановка аксиомы затвердения гласит, что тела, подверженные деформации, но обладающие равновесием, будут им же располагать и после окончания процесса затвердения.

Еще одним основным понятием статики, принявшим форму закона, является аксиома о связях. Она утверждает, что состояние механического типа системы не будет изменяться, если освобождать ее от набора связей, но прикладывать туда же равнодействующие силы, аналогичные величине силы реакции связи.

Общее количество потенциала сил внутреннего типа соответствует нулю.

Главенствующие понятия

Основные понятия и определения статики утверждают, что тело может обладать уравновешенным состоянием, если оно пребывает в покое или передвигается по прямой линии равномерным образом в отношении к определенной системе отсчета инерциального характера.

В соответствии с утверждениями статики, материальный объект считается абсолютно твердым, поскольку изменения размерной величины тела, как правило, оказывают малое воздействие, а потому не сказываются значительным образом на изначальном его размере.

Наличие взаимосвязей

Любое тело может быть подвержено воздействию внешних сил и/или других материальных объектов, которые ограничивают способность к перемещению конкретного тела в «толще» пространства. Такое явление именуют связями. Они включают в себя понятие реакции связи, которое характеризуется как величина силы, воздействующая на тело и устанавливающая ограничение на его способность к передвижению. Если объект закрепить на шарнире, то сам шарнир будет считаться связью, а реакция связи будет определять себя в качестве силы, проходящей сквозь шарнирную ось.

что такое статика

Системное устройство сил

В физике определение статики — это ответвление механики, включающее в себя также понятие системы сил.

Если такую систему, влияющую на твердый объект, субъект может заменять на силовую систему другого типа и не изменять при этом механическое состояние тела, то саму систему можно назвать эквивалентной. Это понятие было рассмотрено выше, но в общих чертах. Если говорить более подробно об этом, то важно помнить, что любая система сил может быть заменима эквивалентной. Такая сила также называется основным вектором силовой системы. Главный момент по отношению к выбранному центру приведения образуется определенной парой сил. Общее значение главного момента соответствует сумме моментов каждой силы системы, относительно центральной точки приведения.

Баланс твердых тел

Утверждение о балансе твердого тела гласит, что рассматриваемый объект можно определять как пребывающий в равновесии в том случае, когда общий показатель суммы всех сил, которые прикладывают к этому объекту и его моментам, соответствует нулю. Любое смещение тела сразу же позволяет нам определять, что его баланс нарушен, а силы обладают потенциалом воздействия выше нуля.

Баланс целостной системы тела

Значение слова «статика» включает в себя также набор условий, при которых сохраняется состояние равновесия системы тел (или тела).

Создать запись условий, характеризующих равновесие системы, можно путем разделения твердого тела на отдельные фрагменты. Далее необходимо записать уравнения, характеризующие состояние равновесия как целостной системы, так и отдельных ее кусочков. Определение части системы позволяет выбирать между разными типами записей, форму их описания и расчетов.

Согласно утверждению 2-го закона Ньютона, можно определить, что тело пребывает в состоянии спокойствия или занято совершением равномерного прямолинейного движения, если геометрический показатель суммы внешнего набора сил, которые прикладывают к телу, соответствует нулю. В таком случае мы можем заключить, что силы, которые прикладывают к телу, уравновешиваются в ходе воздействия друг на друга. Расчеты по определению равнодействующей, предполагают в себе возможность приложения к центру массы тела, всех сил.

статика и динамика

Тело, которое не подвергается вращению, может находиться в состоянии равновесия, если показатель каждой силы равнодействующей, прикладываемый к телу, равняется нулю.

Тело, способное вращаться по отношению к определенной оси, обладает равновесием, для которого ноль – это недостаточный показатель равнодействующей.

Влияние силы на вращение определяется не одной ее величиной, но и расстоянием от линии действия силы до оси вращения.

Существует правило моментов, которое гласит, что тело, обладающее неподвижной осью вращения, может находиться в состоянии равновесия, если сумма алгебраического характера каждого момента, приложенного к телу, в сумме и по отношению к относительной силе оси, соответствует нулю.

Взаимосвязь с теоретической механикой

Отвечая на вопрос «что такое статика?», необходимо упомянуть и о ее взаимосвязи с другими науками, одной из которых является теоретическая механика.
Статика входит в набор разделов теории механики, которая занимается изучением общих законов движения механического характера. А также обращает внимание на взаимодействие материальных объектов. По факту, эта наука позиционирует себя в качестве раздела физики; вбирает фундаментальный ряд основ, возведенных в статус аксиом. В ходе своего развития была выделена в самостоятельное научное направление и обладает широкой известностью, что обуславливается важностью приложений в отрасли естествознания и техники.

Связь с изучением сопротивления материалов

статика это в физике определение

Основные понятия и определения, предмет статики тесно связаны с исследованиями в области определения свойств сопротивления материала и служат для этой науки в качестве основы, базы.

Сопротивление материалов – это отрасль механики, изучающая деформацию твердых объектов и обращающая внимание на методологию инженерного ряда расчетов, определяющих показатели прочности, жесткости и устойчивости тел. Одновременно старается соответствовать требованиям надежности, способности долго оставаться в рабочем состоянии, а также изучает вопрос экономичности конкретного материала.

Читайте также:  Загрузите викторину Лучший друг бесплатно

Понятие динамики

В физике статика и динамика между собой являются тесно связанными, но в какой-то мере являются противоположными по способу описания состояния тела.

аксиомы статики

Динамика – это ответвление науки о механике, целью которой является изучение причин, способных вызвать движение механического типа. Динамика включает в себя оперирование понятиями об энергии, импульсе и его моменте, массе и силе.
Определение динамики и статики в физике имеет четкую характеристику, что обуславливается наличием выведенных наборов законов и аксиом, разделением по типу воздействия на тело и т. д.

Динамика может разделяться на несколько типов, одним из которых является, например, классическая динамика. Она описывает передвижение различного типа объектов, обладающих скоростью, посредством которой они могут преодолевать за секунду, расстояния от доли миллиметра до десятков и сотен километров. Динамика может применяться к различным областям изучения физической науки, например к теории твердых полей.

Источник

Статика — это. Теоретическая механика, статика

Статика — это наука о методах количественной оценки силы взаимодействия между телами. Эти силы отвечают за поддержание равновесия, движение тел или изменение их формы. В повседневной жизни можно увидеть множество разнообразных примеров каждый день. Движения и изменения формы имеют решающее значение для функциональности как искусственных, так и природных объектов.

статика это

Понятие статики

Основы статики были заложены более 2200 лет назад, когда древнегреческий математик Архимед и другие ученые того времени занимались изучением усилительных свойств и изобретением простых механизмов, таких как рычаг и ось. Статика – это раздел механики, который имеет дело с силами, которые воздействуют на тела в состоянии покоя при условии равновесия.

Это раздел физики, который делает возможными аналитические и графические процедуры, необходимые для определения и описания этих неизвестных сил. Раздел «статика» (физика) играет важную роль во многих отраслях машиностроения, механической, гражданской, авиационной и биоинженерии, которые имеют дело с различными последствиями сил. Когда тело находится в состоянии покоя или движется с равномерной скоростью, то речь идет об этой области физики. Статика — это изучение тела в равновесии.

Методы и результаты данного раздела науки оказались особенно полезными при проектировании зданий, мостов и плотин, а также кранов и других подобных механических устройств. Чтобы иметь возможность рассчитать размеры таких конструкций и оборудования, архитекторы и инженеры должны сначала определить силы, которые действуют на их взаимосвязанные части.

статика и динамика

Статика — это раздел физики, который изучает условия, при которых механические и другие системы остаются в определенном состоянии, которое не меняется со временем. Этот раздел физики опирается на пять основных аксиом:

1. Твердое тело находится в состоянии статического равновесия, если на него действуют две силы, имеющие одинаковую интенсивность, лежат на одной линии действия и направлены в противоположные стороны вдоль одной линии.
2. Твердое тело будет находиться в статическом состоянии до тех пор, пока на него не окажут воздействие внешние силы или система сил.
3. Равнодействующая двух сил, действующих в той же материальной точке, равна векторной сумме двух сил. Эта аксиома подчиняется принципу векторного суммирования.
4. Два взаимодействующих тела реагируют друг на друга с двумя силами, равными по интенсивности в противоположных направлениях вдоль одной линии действия. Эта аксиома также называется принципом действия и противодействия.
5. Если деформируемое тело находится в состоянии статического баланса, оно не нарушится, если физическое тело останется в твердом состоянии. Эту аксиому также называют принципом отвердевания.

теоретическая механика статика

Механика и ее разделы

Физика в переводе с греческого (physikos – «естественный» и «физис» – «природа») дословно означает науку, которая занимается природой. Она охватывает все известные законы и свойства материи, а также силы, действующие на нее, среди которых гравитация, тепло, свет, магнетизм, электричество и другие силы, которые способны изменить основные характеристики предметов. Одним из разделов науки является механика, включающая такие важные подразделы, как статика и динамика, а также кинематика.

Механика – раздел физики, который занимается изучением сил, объектов или тел, находящихся в покое или в движении. Это один из крупнейших субъектов в области науки и техники. Задачи по статике включают в себя изучение состояния тел под воздействием различных сил. Кинематика – раздел физики (механики), который изучает перемещение объектов вне зависимости от сил, вызывающих движение.

механика статика

Теоретическая механика: статика

Механика – это физическая наука, которая рассматривает поведение тел под действием сил. Выделяют 3 категории механики: абсолютно твердого тела, деформируемых тел и жидкости. Твердое тело – это тело, которое не деформируется под действием сил. Теоретическая механика (статика — часть механики абсолютно твердого тела) включает также и динамику, которая, в свою очередь, подразделяется на кинематику и кинетику.

Механика деформируемого тела занимается вопросами распределения сил внутри тела и вызываемых в связи с этим деформаций. Эти внутренние силы вызывают определенные напряжения в теле, которые в конечном итоге могут привести к изменению самого материала. Эти вопросы изучаются на курсах сопромата по сопротивлению материалов.

Механика жидкости – это раздел механики, которая занимается вопросами распределения сил внутри жидкостей или газов. Жидкости широко используются в инженерии. Они могут быть классифицированы как несжимаемые или сжимаемые. Областями применения являются гидравлика, аэрокосмическая отрасль и многие другие.

задачи по статике

Понятие о динамике

Динамика имеет дело с силой и движением. Единственный способ изменить движение тела – это использовать силу. Наряду с силой динамика изучает другие физические понятия, среди которых следующие: энергия, импульс, коллизия, центр тяжести, крутящий момент и момент инерции.

статика

Статика и динамика являются совершенно противоположными состояниями. Динамика — это учение о телах, которые не находятся в равновесии, при этом возникает ускорение. Кинетика занимается изучением сил, вызывающих движение, или сил, которые возникают в результате движения. В отличие от такого понятия, как статика, кинематика — учение о движении тела, в котором не учитывается тот факт, каким именно образом производится движение. Иногда ее называют «геометрией движения».

статика кинематика

Кинематика

Кинематические принципы часто применяются для анализа определения позиции, скорости и ускорения в различных частях оборудования во время его эксплуатации. Кинематика рассматривает движение точки, тела и системы тел без рассмотрения причин движения. Движение описывается вектором величин, таких, как перемещение, скорость и ускорение наряду с указанием системы отсчета. Различные проблемы в кинематике решаются с помощью уравнения движения.

статика

Механика – статика: фундаментальные величины

История механики насчитывает не одно столетие. Основные принципы статики были разработаны уже давным-давно. Всевозможные рычаги, наклонные плоскости и другие принципы были необходимы во времена ранних цивилизаций для построения, например, таких огромных конструкций, как пирамиды.

статика физика

Фундаментальными величинами в механике являются длина, время, масса и сила. Первые три называются абсолютными, не зависящими друг от друга. Сила не является абсолютной величиной, поскольку она связана с массой и изменениями скорости.

статика физика

Длина

Длина — это величина, которая используется для описания положения точки в пространстве относительно другой точки. Это расстояние называется стандартной единицей длины. Общепринятой стандартной единицей измерения длины является метр. Этот стандарт формировался и совершенствовался на протяжении многих лет. Изначально это была одна десятимиллионная часть земной поверхности квадранте, с помощью которой производить измерения было довольно сложно. 20 октября 1983 году метр был определен как длина пути, пройденного светом в вакууме за 1/299,792,458 секунды.

Время

Время – это определенный интервал между двумя событиями. Общепринятой стандартной единицей времени является секунда. Второй был первоначально определен как 1/86,4 среднего периода обращения Земли вокруг своей оси. В 1956 году определение секунды было усовершенствовано и составило 1/31,556 времени, необходимого для полного оборота, который совершает Земля вокруг Солнца.

динамика

Масса

Масса – это свойство материи. Ее можно рассматривать как количество вещества, содержащегося в теле. Эта категория определяет воздействие тяжести на тело и сопротивление изменениям в движении. Это сопротивление изменению движения называется инерцией, которая является результатом массы тела. Общепринятой единицей массы является килограмм.

Читайте также:  Как работает высокоскоростная алгоритмическая торговля

механика статика

Сила – это производная единица, но очень важный блок в изучении механики. Она часто определяется как действие одного тела на другое, а также может быть или не быть результатом прямого контакта между телами. Гравитационные и электромагнитные силы являются примерами результата такого воздействия. Существует два принципа воздействия, сил, которые стремятся изменить движения системы и которые имеют тенденцию к ее деформации. Основной единицей силы является Ньютон в системе СИ и фунт в английской системе.

понятие статики

Уравнения равновесия

Статика предполагает, что предметы, о которых идет речь, являются абсолютно твердыми. Сумма всех сил, действующих на тело в состоянии покоя, должна быть равна нулю, то есть участвующие силы уравновешивают друг друга и не должно быть никакой тенденции для сил, способных повернуть тело вокруг любой оси. Эти условия являются независимыми друг от друга, и их выражение в математической форме составляет так называемые уравнения равновесия.

статика физика

Существует три уравнения равновесия, и поэтому только три неизвестные силы могут быть вычислены. Если неизвестных сил будет более трех, это означает, что компонентов в структуре или машине несколько больше, чем требуется для поддержания определенных нагрузок, или что существует больше ограничений, чем необходимо, чтобы удержать тело от перемещения.

Такие ненужные компоненты или ограничения называются избыточными (например, стол на четырех ножках имеет одну избыточную), и система сил является статически неопределенной. Число уравнений, доступных в статике, ограничено, так как любое твердое тело остается твердым при любых условиях, независимо от формы и размера.

Источник



Статика

Статика – это раздел механики, изучающий условия равновесия тел.

Виды равновесия тел

  • Устойчивое равновесие – это равновесие, при котором тело, выведенное из положения равновесия и предоставленное самому себе, возвращается в прежнее положение.

  • Неустойчивое равновесие – это равновесие, при котором тело, выведенное из положения равновесия и предоставленное самому себе, будет еще больше отклоняться от положения равновесия.

  • Безразличное равновесие – это равновесие, при котором тело, выведенное из положения равновесия и предоставленное самому себе, не меняет своего положения.

Момент силы

Момент силы – это физическая величина, равная произведению модуля силы на ее плечо.

Обозначение – ​ \( M \) ​, единицы измерения – Н·м.

где ​ \( d \) ​ – плечо силы ​ \( F \) ​.

Плечо силы – это кратчайшее расстояние (перпендикуляр) от оси вращения до прямой, вдоль которой действует сила.
Обозначение – ​ \( d \) ​ или ​ \( l \) ​, единицы измерения – м.

Знак момента силы

Если сила, приложенная к телу, вращает его по часовой стрелке, то момент силы положителен (​ \( M \) ​ > 0):

Если сила, приложенная к телу, вращает его против часовой стрелки, то момент силы отрицателен ( \( M \) < 0):

Момент силы равен нулю, если плечо силы, приложенной к телу, равно нулю.

Условия равновесия тел

Тело находится в равновесии, если

  1. векторная сумма всех сил, действующих на тело, равна нулю;
  2. алгебраическая сумма всех моментов сил, вращающих тело по часовой стрелке, равна алгебраической сумме моментов сил, вращающих его против часовой стрелки:

Центр тяжести – это точка внутри тела или вне его, относительно которой сумма моментов сил тяжести, действующих на отдельные его части, равна нулю.
Центр масс – геометрическая точка, положение которой характеризует распределение масс в теле:

Важно!
Для твердого тела центр тяжести совпадает с центром масс.

Простые механизмы

Простые механизмы – это приспособления, служащие для преобразования силы.

Рычаг – это простейшее механическое устройство, представляющее собой твердое тело (перекладину), вращающееся вокруг точки опоры.

Рычаг дает выигрыш в силе:

Блок — простое механическое устройство, представляющее собой колесо с желобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси. Желоб предназначен для каната, цепи, ремня и т. п.
Блок бывает подвижный и неподвижный.

Неподвижный блок – это блок, ось которого закреплена.

Неподвижный блок не дает выигрыша в силе, он используется для изменения направления действия силы.

Подвижный блок – это блок, имеющий свободную ось.

Подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза:

«Золотое правило» механики

При использовании простых механизмов во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии, т. е. простые механизмы выигрыша в работе не дают.

Давление жидкости

Давление жидкости – это величина, равная произведению плотности жидкости на модуль ускорения свободного падения и на высоту столба жидкости.

где ​ \( \rho \) ​ – плотность жидкости,
​ \( h \) ​ – высота столба жидкости.

Сила давления жидкости – это сила, равная произведению давления жидкости на площадь поверхности:

Сообщающиеся сосуды

Сообщающиеся сосуды – это сосуды, соединенные между собой ниже уровня жидкости.

Закон сообщающихся сосудов:
в неподвижных и открытых сообщающихся сосудах любой формы давление жидкости на любом горизонтальном уровне одинаково.

Следствия из закона сообщающихся сосудов:

  • в неподвижных и открытых сообщающихся сосудах высоты столбов жидкостей, отсчитываемых от уровня, ниже которого жидкость однородна (уровня mn), обратно пропорциональны плотностям этих жидкостей:

  • в неподвижных и открытых сообщающихся сосудах однородная жидкость всегда устанавливается на одинаковом уровне независимо от формы сосудов.

Важно!
Давление, которое создает жидкость, находящаяся в равновесии при действии на нее силы тяжести, называют гидростатическим. Гидростатическое давление определяется формулой ​ \( p=\rho gh \) ​.
Давление внутри жидкости на любой глубине складывается из атмосферного давления, или внешнего давления на жидкость, и гидростатического давления:

где ​ \( p_0 \) ​ – атмосферное давление.

Закон Паскаля

Закон Паскаля
Давление, производимое на жидкость или газ, передается по всем направлениям одинаково.

Следствие из закона Паскаля — гидростатический парадокс: давление, производимое на дно сосуда, зависит только от высоты столба жидкости:

Сила давления жидкости на дно разная, т.к. она зависит от площади дна:

Гидравлический пресс – два сообщающихся сосуда, заполненные жидкостью и закрытые поршнями различной площади.
Гидравлический пресс дает выигрыш в силе, но проигрыш в длине пути поршня:

Силы, действующие на поршни гидравлического пресса, пропорциональны площадям этих поршней:

Атмосферное давление – это давление, которое оказывает атмосфера на все находящиеся в ней предметы.
Атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты подъема над Землей.

Нормальное атмосферное давление: ​ \( p_0 \) ​ = 10 5 Па.

Приборы для измерения давления:

  • барометры – приборы, предназначенные для измерения атмосферного давления (ртутный барометр, барометр-анероид);
  • манометры – приборы, предназначенные для измерения давлений жидкостей и газов.

Закон Архимеда

Архимедова сила – это выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость или газ.

Причина возникновения выталкивающей силы – разница давлений жидкости или газа на верхнюю и нижнюю грани.
Архимедова сила всегда направлена перпендикулярно поверхности жидкости.
Архимедова сила равна разности веса тела в воздухе и веса тела в жидкости или газе:

где ​ \( P_1 \) ​ – вес тела в воздухе,
​ \( P_2 \) ​ – вес тела в жидкости или газе.

Закон Архимеда
На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа, вытесненных телом:

Если тело полностью погружено в жидкость, то

где ​ \( V_m \) ​ – объем тела, погруженного в жидкость.

Если тело не полностью погружено в жидкость, то

где ​ \( V_ <чm>\) ​ – объем части тела, погруженной в жидкость.

Условия плавания тел

На любое тело, погруженное в жидкость или газ, действуют две силы, направленные в противоположные стороны, – это сила тяжести и архимедова сила. Направление движения тела зависит от того, какая из этих сил больше по модулю.

Условия плавания тел

  • Тело плавает внутри жидкости:

  • Тело плавает на поверхности жидкости:

где ​ \( V_1 \) ​ – объем части тела, погруженной в жидкость.

Важно!
Выталкивающая сила действует на тела в жидкостях и газах, потому что сжаты силой притяжения к Земле. В состоянии невесомости эта сила не действует.

Источник