Що таке статика, якими параметрами і описом вона володіє, де і яку роль грає – всі ці питання ми спробуємо розглянути у цій статті. А також буде приділено увагу предмету вивчення, набору аксіом та взаємозв’язку з динамікою. В останніх пунктах ми постараємося отримати загальне уявлення про динаміку, розділ механіки, тісно пов’язаним зі статикою, та підведемо підсумки.
Введення
Відповідаючи на питання про те, що таке статика, можна визначати її як один з розділів механіки, суть якого полягає у вивченні умов рівноваги механічних системних пристроїв під впливом додатки певної величини сили або моменту.
Головні завдання
Основні поняття та визначення статики цілеспрямовано намагаються вирішити дві головні проблеми, серед яких:
- Спосіб додавання сил і приведення системного впливу сил у найпростіший вид.
- Спроба визначення умов, що характеризують систему сил, що впливають на тіла нерухомого типу.
Щоб відповісти на питання «що таке статика?», необхідно знати про наявність абсолютно твердих тіл (А. Т. Т.) і матеріальних точок (М. Т.), які є важливими складовими елементами цього розділу механіки.
А. Т. Т. – це тіло, що володіє відсутністю деформації між парою точок, в ньому. М. Т. можна характеризувати як тіло, розмірними величинами якого можна нехтувати.
Існує також поняття механічних сил, які визначаються кількісними заходами взаємодії механічного типу між матеріальними об’єктами.
Сила, як правило, підлягає опису шляхом визначення її модуля і напрямком руху точки, до якої додають її, а також є векторною величиною.
Іншою частиною відповіді на питання про те, що таке статика, є визначення типу систем. Наприклад, існує поняття врівноваженої системи, яка характеризується постійною наявністю стану спокою, навіть під дією певної сили.
Еквівалентні сили визначаються способом їх впливу на твердий об’єкт, а саме тип впливу повинен бути однаковим. Якщо ж набір сил своїм впливом зіставимо з еквівалентом однієї подібної величиною, то таку силу іменують рівнодіючої системою. Всі типи впливів діляться на внутрішню і зовнішню форму.
Набір аксіом
Аксіоми статики – це набір важливих постулатів, які є загальноприйнятими і визначають становище певних установок.
Силова система, яку прикладають до певної точки матерії, може ставитися до врівноваженого або еквівалентного нулю, якщо дія даної системи не може вивести тіло з стану спокою або надає йому інерційну форму. Щоб прикласти до об’єкту сили, але не порушити його механічний спокій, необхідно користуватися врівноваженою силовою системою.
Твердження про наявність дії і протидії свідчать, що при будь-якому впливі одним тілом на інше останнє буде чинити протидію в равносильном вигляді. Воно буде мати аналогічною величиною, але «рухатися» в протилежному напрямку.
Говорячи про 2 силах, можна стверджувати, що їх додаток до спільного тілу буде врівноваженим тільки в разі, якщо їх показники впливу володіють однаковою величиною і діють, прямуючи в протилежні напрямки, але знаходяться на одній прямій.
Поняття рівнодіючої стверджує, що такими можна назвати сили, які прикладаються до загальної точки і володіють рівною діагоналлю паралелограма, побудованого на силах, що використовуються в якості сторін.
Постановка аксіоми затвердіння свідчить, що тіла, схильні до деформації, але володіють рівновагою, будуть їм же розташовувати і після закінчення процесу затвердіння.
Ще одним основним поняттям статики, прийняв форму закону, є аксіома про зв’язки. Вона стверджує, що стан механічного типу системи не буде змінюватися, якщо звільняти її від набору зв’язків, але прикладати туди ж равнодействующие сили, аналогічні величиною сили реакції зв’язку.
Загальна кількість потенціалу сил внутрішнього типу відповідає нулю.
Головні поняття
Основні поняття та визначення статики стверджують, що тіло може володіти врівноваженим станом, якщо воно перебуває в спокої, або рухається по прямій лінії рівномірним чином відносно до певної системи відліку інерціального характеру.
Згідно з твердженнями статики, матеріальний об’єкт вважається абсолютно твердим, оскільки зміни розмірної величини тіла, як правило, мають малий вплив, а тому не впливають значним чином на початковому його розмірі.
Наявність взаємозв’язків
Будь-яке тіло може бути піддане впливу зовнішніх сил і/або інших матеріальних об’єктів, які обмежують здатність до переміщення конкретного тіла в «товщі» простору. Таке явище називають зв’язками. Вони включають в себе поняття реакції зв’язку, яке характеризується як величина сили, що впливає на тіло і встановлює обмеження на його здатність до пересування. Якщо об’єкт закріпити на шарнірі, то сам шарнір буде вважатися зв’язком, а реакція зв’язку буде визначати себе як сили, що проходить крізь шарнірну вісь.
Системне пристрій сил
У фізиці визначення статики – це відгалуження механіки, що включає в себе також поняття системи сил.
Якщо таку систему, яка впливає на твердий об’єкт, суб’єкт може замінювати на силову систему іншого типу і не змінювати при цьому механічний стан тіла, то саму систему можна назвати еквівалентної. Це поняття було розглянуто вище, але в загальних рисах. Якщо говорити більш детально, то важливо пам’ятати, що будь-яка система сил може бути може бути замінена еквівалентною. Така сила називається основним вектором силової системи. Головний момент по відношенню до вибраного центру приведення утворюється певною парою сил. Загальне значення головного моменту відповідає сумі моментів кожної сили системи, відносно центральної точки приведення.
Баланс твердих тіл
Твердження про балансі твердого тіла свідчить, що аналізований об’єкт можна визначати як перебуває в рівновазі в тому випадку, коли загальний показник суми всіх сил, які прикладають до цього об’єкта і його моментів, відповідає нулю. Будь-яке зміщення тіла відразу ж дозволяє нам визначати, що його баланс порушений, а сили володіють потенціалом впливу вище нуля.
Баланс цілісної системи тіла
Значення слова “статика” включає в себе також набір умов, при яких зберігається стан рівноваги системи тіл (або тіла).
Створити запис умов, що характеризують рівновагу системи, можна шляхом поділу твердого тіла на окремі фрагменти. Далі необхідно записати рівняння, що характеризують стан рівноваги як цілісної системи, так і окремих її шматочків. Визначення частини системи дозволяє вибирати між різними типами записів, форму їх опису і розрахунків.
Згідно з твердженням 2-го закону Ньютона, можна визначити, що тіло перебуває в стані спокою або включена вчиненням рівномірного прямолінійного руху, якщо геометричний показник суми зовнішнього набору сил, які прикладають до тіла, відповідає нулю. У такому випадку ми можемо укласти, що сили, які прикладають до тіла, врівноважуються в ході впливу один на одного. Розрахунки щодо визначення рівнодійної, припускають в собі можливість додатки до центру маси тіла, усіх сил.
Тіло, яке не піддається обертанню, може знаходитися у стані рівноваги, якщо показник кожної рівнодіючої сили, струм, при прикладанні до тіла, дорівнює нулю.
Тіло, здатне обертатися по відношенню до певної осі, має рівновагою, для якого нуль – це недостатній показник рівнодіючої.
Вплив сили на обертання визначається не однієї її величиною, але і відстанню від лінії дії сили до осі обертання.
Існує правило моментів, яке говорить, що тіло, що володіє нерухомою віссю обертання, може знаходитися у стані рівноваги, якщо сума алгебраїчного характеру кожного моменту, прикладеного до тіла, у сумі і по відношенню до відносної сили осі, відповідає нулю.
Взаємозв’язок з теоретичною механікою
Відповідаючи на питання «що таке статика?», необхідно згадати і про її взаємозв’язок з іншими науками, однією з яких є теоретична механіка.
Статика входить в набір розділів теорії механіки, яка займається вивченням загальних законів руху механічного характеру. А також звертає увагу на взаємодію матеріальних об’єктів. За фактом, ця наука позиціонує себе як розділу фізики; вбирає фундаментальний ряд основ, зведених в статус аксіом. В ході свого розвитку була виділена в самостійний науковий напрям і володіє широкою популярністю, що обумовлюється важливістю програм у галузі природознавства і техніки.
Зв’язок з вивченням опору матеріалів
Основні поняття та визначення, предмет статики тісно пов’язані з дослідженнями в області визначення властивостей опору матеріалу і служать для цієї науки як основи, бази.
Опір матеріалів – це галузь механіки, що вивчає деформації твердих об’єктів і обертає увага на методологію інженерного ряду розрахунків, які визначають показники міцності, жорсткості і стійкості тел. Одночасно намагається відповідати вимогам надійності, здатності довго залишатися в робочому стані, а також вивчає питання економічності конкретного матеріалу.
Поняття динаміки
У фізиці статика і динаміка між собою є тісно пов’язаними, але якоюсь мірою є протилежними за способом опису стану тіла.
Динаміка – це відгалуження науки про механіку, метою якої є вивчення причин, здатних викликати рух механічного типу. Динаміка включає в себе оперування поняттями про енергії, імпульсу та його моменті, масі і силі.
Визначення динаміки і статики у фізиці має чітку характеристику, що обумовлюється наявністю виведених наборів законів і аксіом, поділом за типом впливу на тіло і т. д.
Динаміка може розділятися на декілька типів, одним з яких є, наприклад, класична динаміка. Вона описує пересування різного типу об’єктів, що володіють швидкістю, за допомогою якої вони можуть долати за секунду, відстані від частки міліметра до десятків і сотень кілометрів. Динаміка може застосовуватися до різних областей вивчення фізичної науки, наприклад до теорії твердих полів.
