Statisch verhaal, welke studies, toepassingen, wetten

De Statisch Het is de tak van mechanica die de balans van rigide lichamen bestudeert, onderworpen aan de werking van verschillende krachten. Wanneer een lichaam rigide is, veranderen de deeltjes die het vormen hun relatieve posities niet en daarom is het object niet te veroveren.

Dergelijke objecten zijn in evenwicht te vinden.

Figuur 1. Romeins aquaduct in Segovia, Spanje. De oude Romeinse bouwers passen efficiënt de principes van statisch toe. Bron: Wikimedia Commons.

In het geval van structuren zoals gebouwen, bruggen en wegen, statisch evenwichtsrente.

Maar statisch is niet beperkt tot het gebied van civiele techniek. Het is ook van toepassing op de balans van deeltjes met elektrische lading en die van objecten die zijn ondergedompeld in continue media, zoals lucht en water.

[TOC]

Statische geschiedenis als een tak van mechanica

De statische had een vroege historische ontwikkeling, die voortvloeit uit de noodzaak om vaste structuren te bouwen terwijl steden werden gevestigd. De oude Egyptenaren lieten hun monumenten als bewijs achter; Ze kenden eenvoudige machines zoals katrollen, hefbomen en hellende plannen.

Andere beschavingen van de oude wereld, wiens monumenten tot op de dag van vandaag overleven, kenden ook de fundamentele principes, maar het waren de Grieken die hun studie begonnen te systematiseren.

De grote Griekse fysicus Archimedes van Syracuse (287-212 AC) liet de basis achter van het gebruik van de hendel en de balans van ondergedompelde lichamen -de hydrostatische lichamen-.

Vervolgens hebben andere grote wetenschappers zoals Leonardo en Galileo belangrijke bijdragen geleverd. De laatste stelde vast dat een netto kracht niet nodig was om de beweging van een lichaam te handhaven (dynamisch evenwicht).

Galileo Galilei - Bron: Domenico Tintoretto [Public Domain]

Simon Stevin (1548-1620) valt ook op, de eerste die de hydrostatische paradox observeert en de balans van de lichamen op het hellende vlak beschrijft.

Later Isaac Newton (1642-1727) gaf de formulering van statische de definitieve impuls met zijn drie wetten van mechanica.

Figuur 2. Op de linker Archimedes van Syracuse en rechts Isaac Newton, pioniers in de studie van statische en mechanica. Bron: Wikimedia Commons.

De volgende bijdrage om de relevantie ervan te vermelden, werd geleverd door D'Alembert en het concept van traagheidskracht. Dankzij dit is het mogelijk om dynamische problemen te bestuderen door het concept van evenwicht.

Kan u van dienst zijn: golfamplitude: kenmerken, formules en lichaamsbeweging

Uit de lange lijst van wetenschappers en ingenieurs die hebben bijgedragen aan Static, moeten we de namen vermelden van Euler en Lagrange, die wiskundige technieken hebben ontwikkeld om hun toepassingen vorm te geven.

Welke studies statisch?

Het woord statisch Het komt van het Griekse woord om aan te duiden wat stationair is.

Deze belangrijke tak van mechanica is de basis van de constructies die we bewonen, en niet alleen dat, omdat er andere velden zijn waarin de principes van toepassing zijn:

Aerostatiek

Bestudeer de balans van lichamen in de lucht.

Hydrostatisch

Past de principes van statische op lichamen uit die zijn ondergedompeld in water of andere vloeistoffen.

Elektrostatica

Belangrijke tak van elektromagnetisme die elektrische belastingen bestudeert in statisch evenwicht.

Magnetostatisch

Het is de tak gewijd aan de studie van de magnetische velden die niet in de tijd variëren.

Deeltjesstatisch

In eerste instantie veronderstelt de static dat een object wordt gemodelleerd alsof het een deeltje of materiaalpunt is, zonder meetbare grootte, maar ja, met massa.

Als het gaat om het lichaam als een deeltje, zeggen we dat het in statisch evenwicht is wanneer de resulterende kracht erop nietig is.

Statisch van uitgebreide lichamen

Een model dat meer aan de realiteit is bevestigd, veronderstelt dat objecten uitgebreide lichamen zijn, verbindingen van veelheid aan deeltjes, wat betekent dat krachten op verschillende punten kunnen worden toegepast.

Dit is erg belangrijk, omdat deze effecten kunnen zijn:

-Dynamisch, gerelateerd aan de beweging of afwezigheid ervan,

-Misvormers, voor de veranderingen op een manier die de lichamen onderworpen aan krachten ervaren.

De statische veronderstelt dat objecten rigide en niet vanformbaar zijn, daarom bestudeert het niet de vervormde effecten, maar de dynamiek.

Wanneer de dimensies van het onderzochte object meetbaar zijn, kunnen de krachten op verschillende plaatsen worden toegepast en het is mogelijk dat, zelfs als ze het niet overbrengen, ze het kunnen draaien. In dit geval zou het object niet in een statisch evenwicht zijn.

Toepassingen

De toepassingen van de statische zijn overal te vinden, daarom is het de tak van mechanica die het meeste gebruik heeft, hoewel we het vaak niet realiseren:

In het huis

De principes van statische meubels, kasten, apparaten, lampen, boeken en elk rustend object in een huis kunnen worden toegepast. We zorgen er voortdurend voor dat dingen niet vallen, draai je niet om of veranderen hun van plaats niet per ongeluk.

Het kan u van dienst zijn: Stationaire staatstheorie: geschiedenis, uitleg, nieuws

In civiele constructies

Evenzo zorgen de bouwers van de gebouwen die we bewonen ervoor zorgen dat ze niet instorten of bewegingen ervaren die het leven van de inwoners in gevaar brengen.

Deze principes zijn ook van toepassing in de bouw van wegen en bruggen.

In machine -ontwerp

De statische is ook van toepassing op het ontwerp en de constructie van stukken voor machines.

Sommige stukken zijn duidelijk mobiel, maar anderen niet. Dat is de reden waarom ingenieurs zorgen voor zeer goed van de gebouwde machines, het stort niet in, exploiteert of brokkelt op een of andere manier af.

figuur 3.- The Gay Enola in het National Air & Space Museum in Washington DC. De principes van de statische werden gebruikt om het aan kabels op te hangen, onder voorbehoud van het dak van de tentoonstellingszaal. Bron: Wikimedia Commons.

Hoofdwetten van statisch

De basis van Static is de studie van de krachten en acties die ze uitoefenen door de drie wetten van Newton of Mechanics:

Newton's eerste wet

Een lichaam blijft in rust, of in uniforme rechtlijnige beweging, tenzij een onevenwichtige kracht het bewegingsverklaring laat veranderen.

Tweede wet van Newton

De som van de krachten die op een lichaam werken, de resulterende kracht genoemd F_R, Het is gelijk aan het product van het deeg M (een scalair) voor versnelling naar (Een vector).

Voor de tweede wet van Static Newton neemt de vorm aan:

F_R = 0

Omdat de rest of uniforme rechtlijnige beweging zich vertaalt in een nulversnelling.

De derde wet van Newton

Als het lichaam 1 een kracht uitoefent op lichaam 2, genoemd F₁₂, lichaam 2 oefent een kracht uit op lichaam 1, aangeduid als F_eenentwintig, op zo'n manier dat F₁₂ En F_eenentwintig Ze hebben dezelfde intensiteit en tegengestelde richting:

F₁₂ = - F_eenentwintig

Het koppel of moment van een kracht

Eerder zeiden we dat het mogelijk is dat de krachten, hoewel ze geen beweging van vertaling naar het lichaam veroorzaken,, afhankelijk van de manier waarop ze van toepassing zijn, kunnen laten draaien.

Welnu, de fysieke omvang die bepaalt of een lichaam is gebroken of niet wordt genoemd Koppel of moment van kracht, aangeduid als M.

Het koppel of moment van een kracht F Het hangt af van de intensiteit hiervan, de vector R Dat gaat van het toepassingspunt van hetzelfde naar de rotatieas, en ten slotte van de toepassingshoek. Allemaal via het kruisproduct of vectorproduct tussen R En F:

Het kan u van dienst zijn: Durometer: waar is het voor, hoe werkt, onderdelen, typen

M = R X F  (Eenheden si: n.M)

Een object kan roteren ten opzichte van verschillende assen, daarom wordt het moment altijd berekend met betrekking tot een bepaalde as. En om het lichaam statisch te blijven, is het noodzakelijk dat alle momenten nul zijn.

Evenwichtsvoorwaarden

Ze zijn de noodzakelijke voorwaarden voor een rigide vaste stof om in een statisch evenwicht te zijn, dus ze staan ​​bekend als de evenwichtsvoorwaarden:

Eerste balansvoorwaarde

De som van de krachten die op het lichaam werken, moet worden geannuleerd. In wiskundige vorm:

∑ F_Je = 0

Wat betreft de krachten die op een lichaam werken, deze zijn verdeeld in intern en extern.

Interne krachten zijn verantwoordelijk voor het samenhangen van het lichaam. Een auto bestaat bijvoorbeeld uit vele onderdelen, die correct hebben gearticuleerd dat de machines als geheel beweegt, dankzij de interne krachten tussen de vakbonden van de partijen.

Van hun kant zijn externe krachten die welke andere lichamen uitoefenen op het onderzochte object.

In het voorbeeld van de auto kunnen de krachten het gewicht zijn, uitgeoefend door de aarde, de ondersteuning van het oppervlak, toegepast in de wielen en de wrijving tussen de banden en de bestrating.

Bovendien beschouwt Static talloze steun, reacties en ligaturen, afhankelijk van de beschouwde elementen en de mogelijkheden van beweging die bestaan.

Tweede evenwichtstoestand

De som van de momenten rond een willekeurige as moet ook worden geannuleerd, wat we als volgt uitdrukken:

∑ M_Je = 0

Wanneer de evenwichtsomstandigheden van toepassing zijn op een lichaam in het vlak, moeten de krachten worden afgebroken in de twee Cartesiaanse componenten x en y. Daarbij worden twee vergelijkingen verkregen, één voor elke component.

De tweede evenwichtstoestand stelt ons door de momenten in staat om een ​​derde vergelijking toe te voegen.

Aan de andere kant, voor drie -dimensionale objecten stijgt het aantal vergelijkingen tot 6.

Opgemerkt moet worden dat naleving van evenwichtsomstandigheden nodig is om de statische balans van een lichaam te waarborgen.

Maar het is niet genoeg, omdat er gevallen zijn waarin aan deze voorwaarden wordt voldaan, maar we kunnen niet ervoor zorgen dat het object in evenwicht is. Dit is wat er gebeurt wanneer er een relatieve beweging is tussen de delen van het object, dat wil zeggen, de vaste stof is gedeeltelijk gekoppeld.

Referenties

1. Bedford, ‌2000.NAAR.‌ ‌Mecanic‌ ‌para‌ ‌ingeniería: ‌ ‌estatisch.‌ ‌Addison‌ ‌wesley.‌
2. Hibbeler, R. 2006. Mechanica voor ingenieurs: statisch. & TA. Editie. CECSA.
3. Katz, D. 2017. Natuurkunde voor wetenschappers en ingenieurs. Cengage leren.
4. Tippens, p. 2011. Fysica: concepten en toepassingen. 7e editie. McGraw Hill
5. Sevilla University. Statisch voor rigide vaste stof. Hersteld van: persoonlijk.ons.is.