استاتیک علم روش هایی برای تعیین کمیت نیروی برهمکنش بین اجسام است. این نیروها مسئول حفظ تعادل، حرکت اجسام یا تغییر شکل آنها هستند. در زندگی روزمره، شما می توانید هر روز نمونه های مختلفی را ببینید. تغییر حرکت و شکل برای عملکرد اشیاء مصنوعی و طبیعی بسیار مهم است.
مفهوم استاتیک
پایه های استاتیک بیش از 2200 سال پیش، زمانی که ارشمیدس، ریاضیدان یونان باستان و دیگر دانشمندان آن زمان در حال مطالعه خواص تقویت کننده و اختراع مکانیسم های ساده ای مانند اهرم و محور بودند، پی ریزی شد. استاتیک شاخه ای از مکانیک است که به نیروهایی می پردازد که بر اجسام در حالت سکون تحت شرایط تعادل وارد می شوند.
این شاخه ای از فیزیک است که روش های تحلیلی و گرافیکی مورد نیاز برای شناسایی و توصیف این نیروهای ناشناخته را ممکن می کند. بخش "استاتیک" (فیزیک) نقش مهمی در بسیاری از شاخه های مهندسی، مکانیک،عمران، هوانوردی و مهندسی زیستی که با اثرات مختلف نیروها سروکار دارند. هنگامی که بدن در حال استراحت است یا با سرعت یکنواخت حرکت می کند، آنگاه در مورد این حوزه از فیزیک صحبت می کنیم. استاتیک مطالعه بدن در تعادل است.
روش ها و نتایج این شاخه از علم به ویژه در طراحی ساختمان ها، پل ها و سدها و همچنین جرثقیل ها و سایر وسایل مکانیکی مشابه مفید بوده است. معماران و مهندسان برای اینکه بتوانند ابعاد چنین سازه‌ها و تجهیزاتی را محاسبه کنند، ابتدا باید نیروهایی را که بر قسمت‌های به هم پیوسته آنها وارد می‌شود، تعیین کنند.
اصول استاتیک
استاتیک شاخه ای از فیزیک است که به مطالعه شرایطی می پردازد که تحت آن سیستم های مکانیکی و سایر سیستم ها در حالت خاصی باقی می مانند که با زمان تغییر نمی کند. این بخش از فیزیک بر اساس پنج اصل اساسی است:
1. یک جسم صلب در حالت تعادل ایستا قرار دارد اگر دو نیروی با شدت یکسان بر روی آن وارد شوند، در یک خط عمل قرار بگیرند و در جهت مخالف در امتداد یک خط هدایت شوند.
2. یک جسم صلب تا زمانی که تحت تأثیر نیروهای خارجی یا سیستمی از نیروها قرار نگیرد در حالت ایستا باقی می‌ماند.
3. برآیند دو نیروی وارد شده در یک نقطه مادی برابر با مجموع بردار دو نیرو است. این اصل از اصل جمع برداری پیروی می کند.
4. دو جسم متقابل با دو نیروی با شدت مساوی در جهت مخالف در امتداد یک خط عمل به یکدیگر واکنش نشان می دهند. ایناصل عمل و واکنش نیز نامیده می شود.
5. اگر جسم تغییر شکل پذیر در حالت تعادل ایستا باشد، اگر جسم فیزیکی در حالت جامد باقی بماند، اختلالی در آن ایجاد نخواهد شد. به این اصل اصل انجماد نیز می گویند.
مکانیک و بخشهای آن
فیزیک در یونانی (physikos - "طبیعی" و "physis" - "طبیعت") در لغت به معنای علمی است که با طبیعت سر و کار دارد. تمام قوانین و خواص شناخته شده ماده، و همچنین نیروهای وارد بر آن، از جمله گرانش، گرما، نور، مغناطیس، الکتریسیته و سایر نیروهایی که می توانند ویژگی های اساسی اجسام را تغییر دهند، پوشش می دهد. یکی از شاخه های علم مکانیک است که شامل زیربخش های مهمی مانند استاتیک و دینامیک و همچنین سینماتیک می شود.
مکانیک شاخه ای از فیزیک است که نیروها، اجسام یا اجسامی را که در حال سکون یا در حال حرکت هستند مطالعه می کند. یکی از بزرگترین شرکت ها در زمینه علم و فناوری است. وظایف در استاتیک شامل مطالعه وضعیت اجسام تحت تأثیر نیروهای مختلف است. سینماتیک شاخه‌ای از فیزیک (مکانیک) است که حرکت اجسام را بدون توجه به نیروهایی که باعث حرکت می‌شوند مطالعه می‌کند.
مکانیک نظری: استاتیک
مکانیک یک علم فیزیکی است که رفتار اجسام را تحت تأثیر نیروها در نظر می گیرد. 3 دسته مکانیک وجود دارد: بدنه کاملاً صلب، اجسام قابل تغییر شکل و مایع. جسم صلب جسمی است که تحت تأثیر آن تغییر شکل نمی دهدنیروها مکانیک نظری (استاتیک - بخشی از مکانیک یک جسم کاملاً صلب) نیز شامل دینامیک است که به نوبه خود به سینماتیک و سینتیک تقسیم می شود.
مکانیک جسم تغییر شکل پذیر با توزیع نیروها در داخل بدن و تغییر شکل های ناشی از آن سروکار دارد. این نیروهای داخلی باعث ایجاد تنش های خاصی در بدن می شود که در نهایت می تواند منجر به تغییر در خود ماده شود. این مسائل در دوره های قدرت مواد مورد مطالعه قرار می گیرد.
مکانیک سیالات شاخه ای از مکانیک است که به توزیع نیروها در مایعات یا گازها می پردازد. سیالات به طور گسترده در مهندسی استفاده می شود. آنها را می توان به عنوان تراکم ناپذیر یا تراکم پذیر طبقه بندی کرد. کاربردها شامل هیدرولیک، هوافضا و بسیاری موارد دیگر است.
مفهوم دینامیک
Dynamics با نیرو و حرکت سر و کار دارد. تنها راه تغییر حرکت بدن استفاده از نیرو است. دینامیک همراه با نیرو، مفاهیم فیزیکی دیگری را نیز مورد مطالعه قرار می دهد که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد: انرژی، تکانه، برخورد، مرکز ثقل، گشتاور و گشتاور اینرسی.
ایستا و پویا حالت‌های کاملاً متضاد هستند. دینامیک مطالعه اجسامی است که در تعادل نیستند و شتاب رخ می دهد. سینتیک مطالعه نیروهایی است که باعث حرکت یا نیروهای ناشی از حرکت می شوند. بر خلاف مفهومی مانند استاتیک، سینماتیک آموزه حرکت یک جسم است که این واقعیت را در نظر نمی گیرد.حرکت چگونه انجام می شود گاهی اوقات از آن به عنوان "هندسه حرکت" یاد می شود.
سینماتیک
اصول سینماتیک اغلب برای تجزیه و تحلیل تعیین موقعیت، سرعت و شتاب در بخشهای مختلف تجهیزات در طول عملیات آن به کار می‌رود. سینماتیک حرکت یک نقطه، یک جسم و یک سیستم اجسام را بدون در نظر گرفتن علل حرکت در نظر می گیرد. حرکت با بردار کمیت هایی مانند جابجایی، سرعت و شتاب همراه با نشانی از چارچوب مرجع توصیف می شود. مسائل مختلف در سینماتیک با استفاده از معادله حرکت حل می شوند.
مکانیک - استاتیک: کمیت های بنیادی
تاریخ مکانیک بیش از یک قرن را در بر می گیرد. اصول اولیه استاتیک مدتها پیش توسعه یافته بود. انواع اهرم ها، هواپیماهای شیبدار و سایر اصول در طول تمدن های اولیه برای ساختن سازه های عظیمی مانند اهرام مورد نیاز بود.
کمیت های اساسی در مکانیک طول، زمان، جرم و نیرو هستند. سه مورد اول مطلق و مستقل از یکدیگر نامیده می شوند. نیرو یک مقدار مطلق نیست زیرا با جرم و تغییرات سرعت مرتبط است.
طول
Length مقداری است که برای توصیف موقعیت یک نقطه در فضا نسبت به نقطه دیگر استفاده می شود. این فاصله را واحد استاندارد طول می نامند. واحد استاندارد عمومی پذیرفته شده برای اندازه گیری طول متر است. این استاندارددر طول سالها توسعه یافته و بهبود یافته است. در ابتدا یک ده میلیونیم ربع سطح زمین بود که اندازه گیری با آن بسیار دشوار بود. در 20 اکتبر 1983، متر به عنوان طول مسیر طی شده توسط نور در خلاء در 1/299.792.458 ثانیه تعریف شد.
زمان
زمان فاصله معینی بین دو رویداد است. واحد استاندارد زمان عمومی پذیرفته شده دوم است. دومی در ابتدا به عنوان 1/86.4 از میانگین دوره چرخشی زمین بر روی محور خود تعریف شد. در سال 1956، تعریف ثانیه به 1/31.556 از زمانی که زمین طول می کشد تا یک دور به دور خورشید کامل شود، بهبود یافت.
توده
جرم یک خاصیت ماده است. می توان آن را به عنوان مقدار ماده موجود در بدن در نظر گرفت. این دسته تاثیر گرانش بر بدن و مقاومت در برابر تغییر در حرکت را تعریف می کند. این مقاومت در برابر تغییر در حرکت را اینرسی می گویند که حاصل جرم بدن است. واحد جرم عمومی پذیرفته شده کیلوگرم است.
قدرت
نیرو یک واحد مشتق شده، اما یک واحد بسیار مهم در مطالعه مکانیک است. اغلب به عنوان عمل یک جسم بر بدن دیگر تعریف می شود و ممکن است نتیجه تماس مستقیم بین اجسام باشد یا نباشد. نیروهای گرانشی و الکترومغناطیسی نمونه هایی از نتیجه چنین برخوردی هستند. دو اصل نفوذ وجود دارد، نیروهایی که تمایل به تغییر حرکات نظام دارند و آنها تمایل دارندتغییر شکل ها واحد اصلی نیرو نیوتن در سیستم SI و پوند در سیستم انگلیسی است.
معادلات تعادل
ایستا به این معنی است که اشیاء مورد نظر کاملاً جامد هستند. مجموع تمام نیروهای وارد بر جسم در حال سکون باید برابر با صفر باشد، یعنی نیروهایی که درگیر می شوند یکدیگر را متعادل می کنند و نباید تمایلی به نیروهایی که قادر به چرخش جسم به دور هر محوری باشند وجود داشته باشد. این شرایط مستقل از یکدیگر هستند و بیان آنها به شکل ریاضی به اصطلاح معادلات تعادلی را تشکیل می دهد.
سه معادله تعادل وجود دارد و بنابراین فقط سه نیروی مجهول را می توان محاسبه کرد. اگر بیش از سه نیروی ناشناخته وجود داشته باشد، به این معنی است که اجزای سازه یا ماشین بیش از آنچه برای تحمل بارهای خاص لازم است وجود دارد، یا محدودیت‌های بیش از حد لازم برای جلوگیری از حرکت بدن وجود دارد.
چنین مولفه‌ها یا محدودیت‌های غیرضروری را زائد می‌نامند (مثلاً یک جدول با چهار پایه یک زائد دارد) و سیستم نیروها از نظر استاتیکی نامشخص است. تعداد معادلات موجود در استاتیک محدود است، زیرا هر جسم صلب تحت هر شرایطی، صرف نظر از شکل و اندازه، جامد باقی می‌ماند.
