Statika je nauka o metodama za kvantificiranje sile interakcije između tijela. Ove sile su odgovorne za održavanje ravnoteže, kretanje tijela ili promjenu njihovog oblika. U svakodnevnom životu možete vidjeti mnogo različitih primjera svaki dan. Promjene kretanja i oblika su kritične za funkcionalnost i umjetnih i prirodnih objekata.
Koncept statike
Osnovi statike postavljeni su prije više od 2200 godina, kada su starogrčki matematičar Arhimed i drugi naučnici tog vremena proučavali svojstva pojačanja i izmišljali jednostavne mehanizme kao što su poluga i osovina. Statika je grana mehanike koja se bavi silama koje djeluju na tijela koja miruju pod uvjetom ravnoteže.
Ovo je grana fizike koja omogućava analitičke i grafičke procedure potrebne za identifikaciju i opisivanje ovih nepoznatih sila. Sekcija "statika" (fizika) igra važnu ulogu u mnogim granama inženjerstva, mašinstva,civilno, vazduhoplovstvo i bioinženjering, koji se bave različitim efektima sila. Kada tijelo miruje ili se kreće ravnomjernom brzinom, onda govorimo o ovoj oblasti fizike. Statika je proučavanje tijela u ravnoteži.
Metode i rezultati ove grane nauke pokazali su se posebno korisnim u projektovanju zgrada, mostova i brana, kao i dizalica i drugih sličnih mehaničkih uređaja. Da bi mogli izračunati dimenzije takvih konstrukcija i opreme, arhitekte i inženjeri prvo moraju odrediti sile koje djeluju na njihove međusobno povezane dijelove.
Aksiomi statike
Statika je grana fizike koja proučava uslove pod kojima mehanički i drugi sistemi ostaju u određenom stanju koje se ne mijenja tokom vremena. Ovaj dio fizike zasniva se na pet osnovnih aksioma:
1. Kruto tijelo je u stanju statičke ravnoteže ako na njega djeluju dvije sile istog intenziteta, leže na istoj liniji djelovanja i usmjerene su u suprotnim smjerovima duž iste linije.
2. Kruto tijelo će ostati u statičkom stanju sve dok na njega ne djeluju vanjske sile ili sistem sila.
3. Rezultanta dviju sila koje djeluju na istoj materijalnoj tački jednaka je vektorskom zbroju dvije sile. Ovaj aksiom se pokorava principu sumiranja vektora.
4. Dva tijela u interakciji reaguju jedno na drugo s dvije sile jednakog intenziteta u suprotnim smjerovima duž iste linije djelovanja. Ovoaksiom se takođe naziva princip akcije i reakcije.
5. Ako je deformabilno tijelo u stanju statičke ravnoteže, ono neće biti poremećeno ako fizičko tijelo ostane u čvrstom stanju. Ovaj aksiom se također naziva principom učvršćivanja.
Mehanika i njeni dijelovi
Fizika na grčkom (physikos - "prirodno" i "physis" - "priroda") doslovno znači nauka koja se bavi prirodom. Pokriva sve poznate zakone i svojstva materije, kao i sile koje na nju djeluju, uključujući gravitaciju, toplinu, svjetlost, magnetizam, elektricitet i druge sile koje mogu promijeniti osnovne karakteristike objekata. Jedna od grana nauke je mehanika, koja uključuje tako važne podsekcije kao što su statika i dinamika, kao i kinematika.
Mehanika je grana fizike koja proučava sile, objekte ili tijela koja miruju ili se kreću. To je jedan od najvećih subjekata u oblasti nauke i tehnologije. Zadaci u statici uključuju proučavanje stanja tijela pod utjecajem različitih sila. Kinematika je grana fizike (mehanike) koja proučava kretanje objekata, bez obzira na sile koje uzrokuju kretanje.
Teorijska mehanika: statika
Mehanika je fizička nauka koja razmatra ponašanje tijela pod djelovanjem sila. Postoje 3 kategorije mehanike: apsolutno kruto tijelo, deformabilna tijela i tekućina. Kruto tijelo je tijelo koje se ne deformiše pod djelovanjemsnage. Teorijska mehanika (statika - dio mehanike apsolutno krutog tijela) također uključuje dinamiku, koja se, pak, dijeli na kinematiku i kinetiku.
Mehanika deformabilnog tijela bavi se raspodjelom sila unutar tijela i rezultirajućim deformacijama. Ove unutrašnje sile uzrokuju određena naprezanja u tijelu, što na kraju može dovesti do promjene u samom materijalu. Ova pitanja se proučavaju na kursevima o čvrstoći materijala.
Mehanika fluida je grana mehanike koja se bavi raspodjelom sila unutar tekućina ili plinova. Fluidi se široko koriste u inženjerstvu. Mogu se klasifikovati kao nestišljive ili kompresibilne. Primjene uključuju hidrauliku, zrakoplovstvo i još mnogo toga.
Koncept dinamike
Dynamics se bavi silom i kretanjem. Jedini način da se promijeni kretanje tijela je upotreba sile. Zajedno sa silom, dinamika proučava i druge fizičke pojmove, među kojima su: energija, zamah, sudar, težište, moment i moment inercije.
Statična i dinamička su potpuno suprotna stanja. Dinamika je proučavanje tijela koja nisu u ravnoteži i dolazi do ubrzanja. Kinetika je proučavanje sila koje uzrokuju kretanje, ili sila koje proizlaze iz kretanja. Za razliku od takvog koncepta kao što je statika, kinematika je doktrina kretanja tijela, koja ne uzima u obzir činjenicu dakako je pokret napravljen. Ponekad se naziva "geometrija kretanja".
Kinematika
Kinematički principi se često primenjuju za analizu određivanja položaja, brzine i ubrzanja u različitim delovima opreme tokom njenog rada. Kinematika razmatra kretanje tačke, tela i sistema tela ne uzimajući u obzir uzroke kretanja. Kretanje je opisano vektorom veličina kao što su pomak, brzina i ubrzanje zajedno sa indikacijom referentnog okvira. Različiti problemi u kinematici rješavaju se pomoću jednačine kretanja.
Mehanika - statika: osnovne veličine
Istorija mehanike obuhvata više od jednog veka. Osnovni principi statike razvijeni su davno. Sve vrste poluga, kosih ravni i drugih principa bile su potrebne tokom ranih civilizacija da bi se izgradile, na primjer, takve ogromne strukture kao što su piramide.
Osnovne veličine u mehanici su dužina, vrijeme, masa i sila. Prva tri se nazivaju apsolutnim, nezavisne jedna od druge. Sila nije apsolutna vrijednost jer je povezana s masom i promjenama brzine.
Dužina
Dužina je vrijednost koja se koristi za opisivanje položaja tačke u prostoru u odnosu na drugu tačku. Ova udaljenost se naziva standardna jedinica dužine. Općenito prihvaćena standardna jedinica za mjerenje dužine je metar. Ovaj standardrazvijao i usavršavao tokom godina. U početku je to bio jedan desetmilioniti dio kvadranta zemljine površine, s kojim je bilo prilično teško izvršiti mjerenja. Dana 20. oktobra 1983. metar je definisan kao dužina putanje koju svjetlost pređe u vakuumu za 1/299.792.458 sekunde.
Vrijeme
Vrijeme je određeni interval između dva događaja. Općenito prihvaćena standardna jedinica vremena je sekunda. Drugi je prvobitno definisan kao 1/86,4 srednjeg perioda Zemljine rotacije oko svoje ose. 1956. godine, definicija sekunde je poboljšana na 1/31.556 vremena potrebnog Zemlji da izvrši jedan okret oko Sunca.
Masa
Masa je svojstvo materije. Može se smatrati količinom materije sadržane u tijelu. Ova kategorija definira djelovanje gravitacije na tijelo i otpor promjenama kretanja. Ovaj otpor promjeni kretanja naziva se inercija, što je rezultat mase tijela. Općenito prihvaćena jedinica mase je kilogram.
Snaga
Sila je izvedena jedinica, ali vrlo važna jedinica u proučavanju mehanike. Često se definira kao djelovanje jednog tijela na drugo i može, ali i ne mora biti rezultat direktnog kontakta između tijela. Gravitacijske i elektromagnetne sile su primjeri rezultata takvog udara. Postoje dva principa uticaja, sila koje teže da promene kretanja sistema i koje teže tomedeformacije. Osnovna jedinica sile je njutn u SI sistemu i funta u engleskom sistemu.
Jednačine ravnoteže
Statični znači da su predmeti u pitanju apsolutno čvrsti. Zbir svih sila koje djeluju na tijelo koje miruje mora biti jednak nuli, odnosno uključene sile uravnotežuju jedna drugu i ne bi trebalo postojati tendencija sila koje mogu okrenuti tijelo oko bilo koje ose. Ovi uslovi su nezavisni jedan od drugog, a njihov izraz u matematičkom obliku čini takozvane jednadžbe ravnoteže.
Postoje tri jednačine ravnoteže, pa se stoga mogu izračunati samo tri nepoznate sile. Ako postoji više od tri nepoznate sile, to znači da postoji više komponenti u strukturi ili mašini nego što je potrebno da izdrže određena opterećenja, ili da postoji više ograničenja nego što je potrebno da se telo spreči.
Takve nepotrebne komponente ili ograničenja nazivaju se redundantnim (na primjer, sto sa četiri noge ima jednu redundantnu), a sistem sila je statički neodređen. Broj jednačina dostupnih u statici je ograničen, budući da svako kruto tijelo ostaje čvrsto pod bilo kojim uvjetima, bez obzira na oblik i veličinu.
