Das Statisch Es ist der Zweig der Mechanik, der das Gleichgewicht starrer Körper unter Einwirkung verschiedener Kräfte untersucht. Wenn ein Körper starr ist, ändern die Partikel, aus denen er besteht, ihre relativen Positionen nicht und daher ist das Objekt nicht verformbar..
Solche Objekte können sich im Gleichgewicht befinden, unabhängig davon, ob sie sich in Ruhe befinden (statisches Gleichgewicht) oder ob sie sich bewegen (dynamisches Gleichgewicht). Nur im letzteren Fall muss die Bewegung gleichmäßig geradlinig sein.
Bei Bauwerken wie Gebäuden, Brücken und Straßen ist das statische Gleichgewicht von großem Interesse, damit die Konstruktion über die Zeit stabil bleibt, wie beispielsweise das obere römische Aquädukt.
Die Statik ist jedoch nicht auf den Bereich des Bauingenieurwesens beschränkt. Es ist auch auf das Gleichgewicht von elektrisch geladenen Partikeln und von Objekten anwendbar, die in kontinuierliche Medien wie Luft und Wasser eingetaucht sind..
Artikelverzeichnis
Die Statik hatte eine frühe historische Entwicklung, die sich aus der Notwendigkeit ergab, feste Strukturen zu bauen, als Städte gegründet wurden. Die alten Ägypter hinterließen ihre Denkmäler als Beweis; Sie kannten einfache Maschinen wie Riemenscheiben, Hebel und geneigte Flugzeuge.
Andere Zivilisationen der Antike, deren Denkmäler bis heute erhalten sind, kannten ebenfalls die Grundprinzipien, aber es waren die Griechen, die begannen, ihr Studium zu systematisieren.
Der große griechische Physiker Archimedes von Syrakus (287-212 v. Chr.) Legte die Grundlagen für die Verwendung des Hebels und das Gleichgewicht der untergetauchten Körper - die Hydrostatik-.
Später leisteten andere große Wissenschaftler wie Leonardo und Galileo wichtige Beiträge. Letzteres stellte fest, dass eine Nettokraft nicht erforderlich war, um die Bewegung eines Körpers aufrechtzuerhalten (dynamisches Gleichgewicht).
Bemerkenswert ist auch Simon Stevin (1548-1620), der als erster das hydrostatische Paradoxon beobachtete und das Gleichgewicht der Körper auf der schiefen Ebene beschrieb.
Später gab Isaac Newton (1642-1727) der Formulierung der Statik mit seinen drei Gesetzen der Mechanik den letzten Impuls.
Der nächste Beitrag, der aufgrund seiner Relevanz zu erwähnen ist, wurde von D'Alembert und dem Konzept der Trägheitskraft geleistet. Dank dessen ist es möglich, dynamische Probleme durch das Konzept des Gleichgewichts zu untersuchen..
Von der langen Liste der Wissenschaftler und Ingenieure, die zur Statik beigetragen haben, müssen wir die Namen von Euler und Lagrange erwähnen, die mathematische Techniken entwickelt haben, um ihre Anwendungen zu gestalten..
Das Wort statisch kommt vom griechischen Wort, um das zu bezeichnen, was stationär ist.
Dieser wichtige Zweig der Mechanik ist das Fundament der Konstruktionen, in denen wir leben, und nicht nur das, da es andere Bereiche gibt, in denen seine Prinzipien angewendet werden:
Untersuchen Sie das Gleichgewicht der Körper in der Luft.
Wenden Sie die Prinzipien der Statik auf Körper an, die in Wasser oder andere Flüssigkeiten getaucht sind.
Wichtiger Zweig des Elektromagnetismus, der elektrische Ladungen im statischen Gleichgewicht untersucht.
Es ist der Zweig, der sich der Untersuchung von Magnetfeldern widmet, die sich im Laufe der Zeit nicht ändern..
In erster Linie geht Statics davon aus, dass ein Objekt so modelliert wird, als wäre es ein Partikel- oder Materialpunkt, ohne messbare Größe, aber ja, mit Masse..
Wenn der Körper als Teilchen behandelt wird, sagen wir, dass er sich im statischen Gleichgewicht befindet, wenn die resultierende Kraft auf ihn Null ist.
Ein realistischeres Modell geht davon aus, dass die Objekte ausgedehnte Körper sind, die aus einer Vielzahl von Partikeln bestehen, was bedeutet, dass die Kräfte auf verschiedene Punkte ausgeübt werden können.
Dies ist sehr wichtig, da diese Effekte sein können:
-Dynamisch, im Zusammenhang mit Bewegung oder Mangel daran,
-Deformer, durch die Formänderungen, denen Körper ausgesetzt sind, die Kräften ausgesetzt sind.
Die Statik geht davon aus, dass Objekte starr und nicht verformbar sind, und untersucht daher nicht die Verformungseffekte, sondern die dynamischen..
Da die Abmessungen des untersuchten Objekts messbar sind, können die Kräfte auf verschiedene Orte ausgeübt werden, und es ist möglich, dass sie es drehen können, obwohl sie es nicht übertragen. In diesem Fall würde sich das Objekt nicht mehr im statischen Gleichgewicht befinden.
Die Anwendungen der Statik sind überall, weshalb der Zweig der Mechanik am meisten genutzt wird, obwohl wir dies oft nicht realisieren:
Die Prinzipien der Statik können auf Möbel, Schränke, Geräte, Lampen, Bücher und alle im Inneren eines Hauses ruhenden Gegenstände angewendet werden. Wir sorgen ständig dafür, dass Dinge nicht herunterfallen, umkippen oder versehentlich den Ort wechseln.
Ebenso stellen die Bauherren der von uns bewohnten Gebäude sicher, dass sie nicht zusammenbrechen oder Bewegungen erfahren, die das Leben der Bewohner gefährden..
Diese Grundsätze werden auch beim Bau von Straßen und Brücken angewendet..
Statik wird auch bei der Konstruktion und Konstruktion von Maschinenteilen angewendet.
Einige Teile sind offensichtlich mobil, andere nicht. Deshalb stellen die Ingenieure sicher, dass die gebauten Maschinen nicht zusammenbrechen, explodieren oder in irgendeiner Weise zusammenbrechen..
Die Grundlage der Statik ist das Studium der Kräfte und der Aktionen, die sie durch Newtons drei Gesetze der Mechanik ausüben:
Ein Körper bleibt in Ruhe oder in gleichmäßiger geradliniger Bewegung, es sei denn, eine unausgeglichene Kraft bewirkt, dass er seinen Bewegungszustand ändert..
Die Summe der auf einen Körper einwirkenden Kräfte, die als resultierende Kraft bezeichnet wird F.R., entspricht dem Produkt der Masse m (ein Skalar) mal Beschleunigung zu (ein Vektor).
Für die Statik hat Newtons zweites Gesetz die Form:
F.R. = 0
Da Ruhe oder gleichmäßige geradlinige Bewegung zu einer Beschleunigung von Null führt.
Wenn Körper 1 eine Kraft auf Körper 2 ausübt, wird dies aufgerufen F.12, Körper 2 übt wiederum eine Kraft auf Körper 1 aus, die als bezeichnet wird F.einundzwanzig, Sodass F.12 Y. F.einundzwanzig haben die gleiche Intensität und entgegengesetzte Richtung:
F.12 = - F.einundzwanzig
Wir haben bereits gesagt, dass es möglich ist, dass Kräfte, obwohl sie keine Translationsbewegung auf den Körper ausüben, abhängig von der Art und Weise, wie sie angewendet werden, dazu führen können, dass er sich dreht.
Nun, die physikalische Größe, die bestimmt, ob sich ein Körper dreht oder nicht, wird genannt Drehmoment oder Moment einer Kraft, bezeichnet als M..
Das Drehmoment oder Moment einer Kraft F. hängt von der Intensität dieses Vektors ab r das geht vom Aufbringungspunkt desselben zur Drehachse und schließlich zum Aufbringungswinkel. All dies durch das Kreuzprodukt oder Vektorprodukt zwischen r Y. F.::
M. = r x F. (SI-Einheiten: Nm)
Ein Objekt kann sich um verschiedene Achsen drehen, daher wird das Moment immer um eine bestimmte Achse berechnet. Und damit der Körper statisch bleibt, müssen alle Momente Null sein.
Sie sind die notwendigen Bedingungen, damit sich ein starrer Feststoff im statischen Gleichgewicht befindet, weshalb sie als die bekannt sind Gleichgewichtsbedingungen::
Die Summe der auf den Körper einwirkenden Kräfte muss sich aufheben. In mathematischer Form:
∑ F.ich = 0
Die auf einen Körper einwirkenden Kräfte sind in innere und äußere unterteilt.
Interne Kräfte sind dafür verantwortlich, den Körper zusammenzuhalten. Zum Beispiel besteht ein Auto aus vielen Teilen, die bei richtiger Artikulation die Maschine dank der Schnittgrößen zwischen den Gelenken der Teile als Ganzes bewegen..
Externe Kräfte sind ihrerseits diejenigen, die von anderen Körpern auf das untersuchte Objekt ausgeübt werden.
Im Beispiel des Autos können die Kräfte das von der Erde ausgeübte Gewicht, die von der Oberfläche bereitgestellte Unterstützung, die auf die Räder ausgeübt wird, und die Reibung zwischen den Reifen und der Fahrbahn sein.
Darüber hinaus berücksichtigt Statics eine Reihe von Unterstützungen, Reaktionen und Bindungen, abhängig von den berücksichtigten Elementen und den vorhandenen Bewegungsmöglichkeiten..
Die Summe der Momente um eine beliebige Achse muss ebenfalls annulliert werden, was wir wie folgt ausdrücken:
∑ M.ich = 0
Wenn Gleichgewichtsbedingungen auf einen Körper in der Ebene angewendet werden, müssen die Kräfte in die beiden kartesischen Komponenten x und y zerlegt werden. Dabei werden zwei Gleichungen erhalten, eine für jede Komponente.
Die zweite Gleichgewichtsbedingung ermöglicht es uns, durch die Momente eine dritte Gleichung hinzuzufügen.
Andererseits steigt für dreidimensionale Objekte die Anzahl der Gleichungen auf 6.
Es ist zu beachten, dass die Einhaltung der Gleichgewichtsbedingungen erforderlich ist, um das statische Gleichgewicht eines Körpers sicherzustellen..
Es reicht aber nicht aus, da es Fälle gibt, in denen diese Bedingungen erfüllt sind, aber wir können nicht sicherstellen, dass sich das Objekt im Gleichgewicht befindet. Dies ist der Fall, wenn zwischen den Teilen des Objekts eine Relativbewegung stattfindet, dh der Festkörper ist teilweise gebunden.
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