در فرآیند مطالعه استاتیک که یکی از بخشهای تشکیل دهنده مکانیک است، نقش اصلی به بدیهیات و مفاهیم اساسی داده می شود. فقط پنج اصل اساسی وجود دارد. برخی از آنها از درس های فیزیک مدرسه شناخته می شوند، زیرا آنها قوانین نیوتن هستند.
تعریف مکانیک
در ابتدا لازم به ذکر است که استاتیک زیرمجموعه ای از مکانیک است. مورد دوم باید با جزئیات بیشتری توضیح داده شود، زیرا به طور مستقیم با استاتیک مرتبط است. در عین حال، مکانیک یک اصطلاح کلی تر است که دینامیک، سینماتیک و استاتیک را ترکیب می کند. همه این موضوعات در دوره فیزیک مدرسه مطالعه شده و برای همه شناخته شده است. حتی بدیهیات موجود در مطالعه استاتیک بر اساس قوانین نیوتن است که از سال های مدرسه شناخته شده است. با این حال، سه مورد از آنها وجود داشت، در حالی که بدیهیات اساسی استاتیک پنج است. بیشتر آنها مربوط به قوانین حفظ تعادل و حرکت یکنواخت مستطیل یک جسم یا نقطه مادی خاص هستند.
مکانیک علم ساده ترین راه برای حرکت استماده - مکانیکی. ساده ترین حرکات به اعمالی اطلاق می شود که به حرکت در مکان و زمان یک جسم فیزیکی از یک موقعیت به موقعیت دیگر تقلیل می یابد.
مکانیک چه چیزی را مطالعه می کند
در مکانیک نظری، قوانین کلی حرکت بدون در نظر گرفتن خصوصیات فردی جسم مورد مطالعه قرار می گیرد، به جز ویژگی های کشش و گرانش (این به معنی ویژگی های ذرات ماده است که باید متقابل جذب شوند یا داشته باشند. وزن معین).
تعاریف اساسی شامل نیروی مکانیکی است. این اصطلاح به حرکتی اشاره دارد که به طور مکانیکی از یک بدن به بدن دوم در طول تعامل منتقل می شود. با توجه به مشاهدات متعدد، مشخص شد که نیرو یک کمیت برداری در نظر گرفته می شود که با جهت و نقطه اعمال مشخص می شود.
از نظر روش ساخت، مکانیک نظری شبیه هندسه است: همچنین مبتنی بر تعاریف، بدیهیات و قضایا است. علاوه بر این، ارتباط به تعاریف ساده ختم نمی شود. بیشتر نقشه های مربوط به مکانیک به طور کلی و استاتیک به طور خاص حاوی قوانین و قوانین هندسی است.
مکانیک نظری شامل سه زیربخش است: استاتیک، سینماتیک و دینامیک. در مورد اول، روش هایی برای تبدیل نیروهای اعمال شده به یک جسم و یک جسم کاملاً صلب و همچنین شرایط ایجاد تعادل مورد مطالعه قرار می گیرد. در سینماتیک یک حرکت مکانیکی ساده در نظر گرفته می شود که نیروهای عامل را در نظر نمی گیرد. در دینامیک، حرکات یک نقطه، یک سیستم یا یک جسم صلب با در نظر گرفتن نیروهای عمل کننده مطالعه می شود.
اصول استاتیک
ابتدا در نظر بگیریدمفاهیم اساسی، بدیهیات استاتیک، انواع اتصالات و واکنش های آنها. استاتیک یک حالت تعادل با نیروهایی است که به یک جسم کاملاً صلب وارد می شود. وظایف آن شامل دو نکته اصلی است: 1 - مفاهیم اساسی و بدیهیات استاتیک شامل جایگزینی یک سیستم اضافی از نیروهایی است که توسط سیستم دیگری معادل آن به بدن اعمال می شد. 2- اشتقاق قواعد کلی که بر اساس آن جسم تحت تأثیر نیروهای وارده در حالت سکون یا در روند حرکت مستقیم یکنواخت انتقالی باقی می ماند.
اشیاء در چنین سیستم هایی معمولاً نقطه مادی نامیده می شوند - جسمی که ابعاد آن را می توان تحت شرایط داده شده حذف کرد. به مجموعه ای از نقاط یا اجسام که به نحوی به یکدیگر متصل هستند، سیستم می گویند. نیروهای تأثیر متقابل بین این اجسام را درونی و نیروهای مؤثر بر این سیستم را خارجی می نامند.
نیروی حاصل در یک سیستم معین نیرویی معادل سیستم کاهش یافته نیروها است. نیروهای تشکیل دهنده این سیستم را نیروهای تشکیل دهنده می گویند. نیروی متعادل کننده از نظر قدر با نتیجه برابر است، اما در جهت مخالف هدایت می شود.
در استاتیک، هنگام حل مسئله تغییر سیستم نیروهای مؤثر بر جسم صلب یا موازنه نیروها، از ویژگی های هندسی بردارهای نیرو استفاده می شود. از اینجا تعریف استاتیک هندسی روشن می شود. استاتیک تحلیلی بر اساس اصل جابجایی های مجاز در دینامیک توضیح داده می شود.
مفاهیم اساسی و بدیهیاتاستاتیک
شرایط تعادل یک جسم از چندین قانون اساسی مشتق شده است که بدون شواهد اضافی مورد استفاده قرار می گیرد، اما در قالب آزمایش هایی تأیید شده است که به آنها بدیهیات استاتیک می گویند.
- اصل اول قانون اول نیوتن (اصول اینرسی) نامیده می شود. هر جسم تا لحظه ای که نیروهای خارجی بر روی این جسم وارد شده و آن را از این حالت خارج می کنند در حالت سکون یا حرکت یکنواخت مستطیل باقی می ماند. به این توانایی بدن اینرسی می گویند. این یکی از خصوصیات اساسی ماده است.
- Axiom II - قانون سوم نیوتن (اصل برهم کنش). وقتی جسمی با نیروی معینی بر جسم دیگر اثر می‌کند، جسم دوم به همراه جسم اول با نیروی معینی بر آن اثر می‌گذارد که از نظر قدر مطلق برابر است، در جهت مخالف.
- Axiom III - شرط تعادل دو نیرو. برای به دست آوردن تعادل جسم آزاد که تحت تأثیر دو نیرو است کافی است که این نیروها از نظر مدول یکسان و در جهت مخالف باشند. این نیز مربوط به نکته بعدی است و در مفاهیم اساسی و بدیهیات استاتیک، تعادل سیستم نیروهای نزولی گنجانده شده است.
- Axiom IV. اگر یک سیستم متعادل از نیروها به یک جسم صلب اعمال شود یا از آن خارج شود، تعادل مختل نخواهد شد.
- آکسیوم V اصل متوازی الاضلاع نیروها است. حاصل دو نیروی متقاطع در نقطه تقاطع آنها اعمال می شود و با قطر متوازی الاضلاع ساخته شده بر روی این نیروها نشان داده می شود.
اتصالات و واکنش های آنها
در مکانیک نظری یک نقطه مادی،برای یک سیستم و یک جسم صلب دو تعریف می توان ارائه داد: آزاد و غیر آزاد. تفاوت این کلمات در این است که اگر محدودیت های از پیش تعیین شده برای حرکت یک نقطه، جسم یا سیستم اعمال نشود، آنگاه این اشیاء طبق تعریف آزاد خواهند بود. در موقعیت مخالف، اشیا معمولاً غیر آزاد نامیده می شوند.
شرایط فیزیکی که منجر به محدودیت آزادی اشیاء مادی نام‌گذاری شده می‌شود، پیوند نامیده می‌شوند. در استاتیک، ممکن است اتصالات ساده ای توسط بدنه های مختلف صلب یا انعطاف پذیر انجام شود. نیروی عمل پیوند بر روی یک نقطه، سیستم یا جسم را واکنش پیوند می نامند.
انواع اتصالات و واکنش های آنها
در زندگی معمولی، اتصال را می توان با نخ، توری، زنجیر یا طناب نشان داد. در مکانیک، پیوندهای بی وزن، انعطاف پذیر و غیر قابل انبساط برای این تعریف در نظر گرفته شده است. واکنش ها، به ترتیب، می توانند در امتداد یک نخ، یک طناب هدایت شوند. در عین حال، اتصالاتی وجود دارد که خطوط عمل آنها را نمی توان بلافاصله تعیین کرد. به عنوان مثالی از مفاهیم اساسی و بدیهیات استاتیک، می‌توان به یک لولای استوانه‌ای ثابت اشاره کرد.
شامل یک پیچ استوانه ای ثابت است که روی آن آستینی با سوراخ استوانه ای قرار می گیرد که قطر آن از اندازه پیچ بیشتر نباشد. هنگامی که بدنه به بوش بسته می شود، اولین می تواند فقط در امتداد محور لولا بچرخد. در یک لولا ایده آل (به شرطی که اصطکاک سطح آستین و پیچ نادیده گرفته شود)، مانعی برای جابجایی آستین در جهت عمود بر سطح پیچ و مهره ظاهر می شود. به همین دلیل، واکنشیک لولای ایده آل جهتی در امتداد عادی دارد - شعاع پیچ. تحت تأثیر نیروهای عمل کننده، بوشینگ قادر است در یک نقطه دلخواه به پیچ فشار وارد کند. در این راستا، جهت واکنش در یک لولای استوانه ای ثابت را نمی توان از قبل تعیین کرد. از این واکنش، تنها موقعیت آن در صفحه عمود بر محور لولا قابل تشخیص است.
در حین حل مسائل، واکنش لولا به روش تحلیلی با گسترش بردار برقرار می شود. مفاهیم اساسی و بدیهیات استاتیک شامل این روش می شود. مقادیر پیش بینی واکنش از معادلات تعادل محاسبه می شود. در موقعیت های دیگر از جمله عدم امکان تعیین جهت واکنش پیوند نیز همین کار را می کند.
سیستم نیروهای همگرا
تعداد تعاریف اساسی می تواند شامل سیستمی از نیروهای همگرا باشد. به اصطلاح سیستم نیروهای همگرا سیستمی نامیده می شود که در آن خطوط عمل در یک نقطه واحد قطع می شود. این سیستم به یک نتیجه منتهی می شود یا در حالت تعادل است. این سیستم در بدیهیات ذکر شده قبلی نیز مورد توجه قرار گرفته است، زیرا با حفظ تعادل بدن همراه است که در چندین موقعیت به طور همزمان ذکر شده است. دومی هم دلایل لازم برای ایجاد تعادل را نشان می دهد و هم عواملی که باعث تغییر در این حالت نمی شوند. حاصل این سیستم نیروهای همگرا برابر است با مجموع بردار نیروهای نامبرده.
تعادل سیستم
سیستم نیروهای همگرا نیز در مفاهیم اساسی و بدیهیات استاتیک در هنگام مطالعه گنجانده شده است. برای یافتن سیستم در حالت تعادل، شرایط مکانیکیبه صفر نیروی حاصل تبدیل می شود. از آنجایی که مجموع بردار نیروها صفر است، چند ضلعی بسته در نظر گرفته می شود.
در شکل تحلیلی، شرایط تعادل سیستم به صورت زیر خواهد بود: یک سیستم فضایی از نیروهای همگرا در حالت تعادل دارای مجموع جبری نیرو بر روی هر یک از محورهای مختصات برابر با صفر خواهد بود. از آنجایی که در چنین وضعیت تعادلی حاصل صفر خواهد بود، پس پیش بینی ها روی محورهای مختصات نیز صفر خواهند بود.
لحظه نیرو
این تعریف به معنای حاصل ضرب برداری بردار نقطه اعمال نیرو است. بردار لحظه نیرو عمود بر صفحه ای است که نیرو و نقطه در آن قرار دارند، در جهتی که چرخش ناشی از عمل نیرو در خلاف جهت عقربه های ساعت رخ می دهد.
جفت قدرت
این تعریف به سیستمی اطلاق می شود که از یک جفت نیروی موازی، از نظر قدر مساوی، در جهت مخالف جهت گیری شده و بر یک جسم اعمال می شود.
لمان یک جفت نیرو را می توان مثبت در نظر گرفت اگر نیروهای این جفت در خلاف جهت عقربه های ساعت در سیستم مختصات سمت راست جهت داده شوند و منفی - اگر در جهت عقربه های ساعت در سیستم مختصات سمت چپ هدایت شوند. هنگام ترجمه از سیستم مختصات راست به سمت چپ، جهت گیری نیروها معکوس می شود. حداقل مقدار فاصله بین خطوط عمل نیروها شانه نامیده می شود. از این نتیجه می شود که ممان یک جفت نیرو بردار آزاد، مدول برابر با M=Fh و عمود بر صفحه عمل است.جهتی که از بالای بردار نیروی داده شده جهت گیری مثبت داشت.
تعادل در سیستم های اختیاری نیرو
شرط تعادل مورد نیاز برای یک سیستم فضایی دلخواه نیروهای اعمال شده به یک جسم صلب، ناپدید شدن بردار اصلی و گشتاور نسبت به هر نقطه در فضا است.
از این نتیجه به دست می آید که برای رسیدن به تعادل نیروهای موازی واقع در همان صفحه، لازم و کافی است که مجموع پیش بینی نیروها روی یک محور موازی و مجموع جبری همه اجزاء باشد. گشتاورهای ارائه شده توسط نیروهای نسبت به یک نقطه تصادفی برابر با صفر است.
مرکز ثقل بدن
طبق قانون گرانش جهانی، هر ذره در مجاورت سطح زمین تحت تأثیر نیروهای جاذبه ای به نام گرانش قرار می گیرد. با ابعاد کوچک بدن در تمام کاربردهای فنی، می توان نیروهای گرانش تک تک ذرات بدن را به عنوان سیستمی از نیروهای عملاً موازی در نظر گرفت. اگر تمام نیروهای گرانش ذرات را موازی در نظر بگیریم، حاصل آنها از نظر عددی برابر با مجموع وزن همه ذرات، یعنی وزن جسم خواهد بود.
موضوع سینماتیک
سینماتیک شاخه ای از مکانیک نظری است که حرکت مکانیکی یک نقطه، یک سیستم از نقاط و یک جسم صلب را بدون توجه به نیروهایی که بر آنها تأثیر می گذارد، مطالعه می کند. نیوتن، از موضع مادی گرایانه، ماهیت مکان و زمان را عینی می دانست. نیوتن از تعریف مطلق استفاده کردمکان و زمان، اما آنها را از ماده متحرک جدا کرد، بنابراین می توان او را متافیزیکدان نامید. ماتریالیسم دیالکتیکی مکان و زمان را اشکال عینی وجود ماده می داند. فضا و زمان بدون ماده نمی توانند وجود داشته باشند. در مکانیک نظری گفته می شود که فضایی شامل اجسام متحرک را فضای اقلیدسی سه بعدی می نامند.
در مقایسه با مکانیک نظری، نظریه نسبیت مبتنی بر مفاهیم دیگر مکان و زمان است. این ظهور یک هندسه جدید ایجاد شده توسط Lobachevsky کمک کرد. بر خلاف نیوتن، لوباچفسکی مکان و زمان را از بینایی جدا نکرد و دومی را تغییر در موقعیت برخی از اجسام نسبت به سایرین دانست. او در کار خود اشاره کرد که در طبیعت فقط حرکت برای انسان شناخته شده است که بدون آن بازنمایی حسی غیر ممکن می شود. از این نتیجه می شود که سایر مفاهیم، به عنوان مثال، مفاهیم هندسی، به طور مصنوعی توسط ذهن ایجاد می شوند.
از اینجا معلوم می شود که فضا مظهر ارتباط بین اجسام متحرک تلقی می شود. تقریباً یک قرن قبل از نظریه نسبیت، لوباچفسکی اشاره کرد که هندسه اقلیدسی مربوط به سیستم های هندسی انتزاعی است، در حالی که در دنیای فیزیکی روابط فضایی توسط هندسه فیزیکی تعیین می شود که با اقلیدسی متفاوت است که در آن ویژگی های زمان و مکان با هم ترکیب می شوند. با خواص حرکت ماده در فضا و زمان.
نهشایان ذکر است که دانشمندان برجسته روسیه در زمینه مکانیک آگاهانه به مواضع صحیح مادی در تفسیر تمام تعاریف اصلی مکانیک نظری، به ویژه زمان و مکان، پایبند بودند. در عین حال، نظر در مورد مکان و زمان در نظریه نسبیت مشابه نظریات حامیان مارکسیسم درباره مکان و زمان است که قبل از ظهور آثاری در مورد نظریه نسبیت ایجاد شده بود.
هنگام کار با مکانیک نظری هنگام اندازه گیری فضا، متر به عنوان واحد اصلی و دوم به عنوان زمان در نظر گرفته می شود. زمان در هر چارچوب مرجع یکسان است و مستقل از تناوب این سیستم ها نسبت به یکدیگر است. زمان با یک نماد نشان داده می شود و به عنوان یک متغیر پیوسته استفاده می شود که به عنوان یک آرگومان استفاده می شود. در طول اندازه گیری زمان، تعاریف بازه زمانی، لحظه زمانی، زمان اولیه اعمال می شود که در مفاهیم اساسی و بدیهیات استاتیک گنجانده شده است.
مکانیک فنی
در کاربرد عملی، مفاهیم اساسی و بدیهیات استاتیک و مکانیک فنی به هم مرتبط هستند. در مکانیک فنی، هم فرآیند مکانیکی حرکت و هم امکان استفاده از آن برای اهداف عملی مورد بررسی قرار می گیرد. به عنوان مثال، هنگام ایجاد سازه های فنی و ساختمانی و آزمایش مقاومت آنها، که نیاز به دانش مختصری از مفاهیم اساسی و بدیهیات استاتیک دارد. در عین حال، چنین مطالعه کوتاهی فقط برای آماتورها مناسب است. در مؤسسات آموزشی تخصصی این موضوع از اهمیت قابل توجهی برخوردار است، به عنوان مثال در مورد نظام نیروها، مفاهیم اساسی وبدیهیات استاتیک.
در مکانیک فنی، بدیهیات فوق نیز اعمال می شود. به عنوان مثال اصل 1، مفاهیم اساسی و بدیهیات استاتیک مربوط به این بخش است. در حالی که اصل اول اصل حفظ تعادل را توضیح می دهد. در مکانیک فنی، نقش مهمی نه تنها به ایجاد دستگاه‌ها، بلکه به سازه‌های پایدار نیز داده می‌شود که در ساخت آنها پایداری و استحکام معیار اصلی است. با این حال، ایجاد چنین چیزی بدون دانستن اصول اولیه غیرممکن خواهد بود.
نظرات کلی
ساده ترین اشکال حرکت اجسام جامد شامل حرکت انتقالی و چرخشی بدن است. در سینماتیک اجسام صلب، برای انواع مختلف حرکت، ویژگی های حرکتی حرکت نقاط مختلف آن در نظر گرفته می شود. حرکت چرخشی یک جسم به دور یک نقطه ثابت، حرکتی است که در آن یک خط مستقیم که از یک جفت نقطه دلخواه در حین حرکت بدن می گذرد در حالت سکون باقی می ماند. این خط مستقیم را محور چرخش بدن می نامند.
در متن بالا، مفاهیم اساسی و بدیهیات استاتیک به اختصار بیان شد. در عین حال، مقدار زیادی اطلاعات شخص ثالث وجود دارد که با آنها می توانید استاتیک را بهتر درک کنید. داده های اولیه را فراموش نکنید، در بیشتر مثال ها مفاهیم اساسی و بدیهیات استاتیک شامل یک بدنه کاملاً صلب است، زیرا این یک نوع استاندارد برای یک شی است که ممکن است در شرایط عادی قابل دستیابی نباشد.
پس باید بدیهیات را به خاطر بسپاریم. به عنوان مثال، مفاهیم اساسی و بدیهیاتاستاتیک، پیوندها و واکنش آنها از جمله آنهاست. با وجود این واقعیت که بسیاری از بدیهیات فقط اصل حفظ تعادل یا حرکت یکنواخت را توضیح می دهند، این امر اهمیت آنها را نفی نمی کند. با شروع از دوره مدرسه، این بدیهیات و قوانین مورد مطالعه قرار می گیرند، زیرا آنها قوانین شناخته شده نیوتن هستند. لزوم ذکر آنها با کاربرد عملی دانش استاتیک و مکانیک به طور کلی مرتبط است. به عنوان مثال مکانیک فنی بود که در آن علاوه بر ایجاد مکانیزم، درک اصل طراحی ساختمان های پایدار الزامی است. به لطف این اطلاعات، ساخت صحیح سازه های معمولی امکان پذیر است.
