Statika është shkenca e metodave për përcaktimin sasior të forcës së bashkëveprimit ndërmjet trupave. Këto forca janë përgjegjëse për ruajtjen e ekuilibrit, lëvizjen e trupave ose ndryshimin e formës së tyre. Në jetën e përditshme, ju mund të shihni shumë shembuj të ndryshëm çdo ditë. Lëvizja dhe ndryshimet e formës janë kritike për funksionalitetin e objekteve të krijuara nga njeriu dhe ato natyrore.
Koncepti i statikës
Themelet e statikës u hodhën mbi 2200 vjet më parë, kur matematikani i lashtë grek Arkimedi dhe shkencëtarë të tjerë të asaj kohe po studionin vetitë përforcuese dhe shpiknin mekanizma të thjeshtë si levë dhe bosht. Statika është një degë e mekanikës që merret me forcat që veprojnë mbi trupat në qetësi nën kushtet e ekuilibrit.
Kjo është dega e fizikës që bën të mundur procedurat analitike dhe grafike të nevojshme për të identifikuar dhe përshkruar këto forca të panjohura. Seksioni "statikë" (fizikë) luan një rol të rëndësishëm në shumë degë të inxhinierisë, mekanikës,civile, aviacionit dhe bioinxhinierisë, të cilat merren me efektet e ndryshme të forcave. Kur trupi është në pushim ose lëviz me një shpejtësi uniforme, atëherë flasim për këtë fushë të fizikës. Statika është studimi i trupit në ekuilibër.
Metodat dhe rezultatet e kësaj dege të shkencës kanë rezultuar veçanërisht të dobishme në projektimin e ndërtesave, urave dhe digave, si dhe vinçave dhe pajisjeve të tjera mekanike të ngjashme. Për të qenë në gjendje të llogaritin dimensionet e strukturave dhe pajisjeve të tilla, arkitektët dhe inxhinierët duhet së pari të përcaktojnë forcat që veprojnë në pjesët e tyre të ndërlidhura.
Aksiomat e statikës
Statika është një degë e fizikës që studion kushtet në të cilat sistemet mekanike dhe sistemet e tjera mbeten në një gjendje të caktuar që nuk ndryshon me kalimin e kohës. Ky seksion i fizikës bazohet në pesë aksioma themelore:
1. Një trup i ngurtë është në një gjendje ekuilibri statik nëse mbi të veprojnë dy forca me të njëjtin intensitet, shtrihen në të njëjtën linjë veprimi dhe drejtohen në drejtime të kundërta përgjatë së njëjtës vijë.
2. Një trup i ngurtë do të mbetet në një gjendje statike derisa të ndikohet nga forca të jashtme ose një sistem forcash.
3. Rezultantja e dy forcave që veprojnë në të njëjtën pikë materiale është e barabartë me shumën vektoriale të dy forcave. Kjo aksiomë i bindet parimit të përmbledhjes së vektorit.
4. Dy trupa ndërveprues reagojnë me njëri-tjetrin me dy forca me intensitet të barabartë në drejtime të kundërta përgjatë së njëjtës linjë veprimi. Kjoaksioma quhet edhe parimi i veprimit dhe reagimit.
5. Nëse një trup i deformueshëm është në një gjendje ekuilibri statik, ai nuk do të shqetësohet nëse trupi fizik mbetet në gjendje të ngurtë. Kjo aksiomë quhet edhe parimi i ngurtësimit.
Mekanika dhe seksionet e saj
Fizika në greqisht (physikos - "natyrore" dhe "physis" - "natyrë") fjalë për fjalë do të thotë shkenca që merret me natyrën. Ai mbulon të gjitha ligjet dhe vetitë e njohura të materies, si dhe forcat që veprojnë mbi të, duke përfshirë gravitetin, nxehtësinë, dritën, magnetizmin, elektricitetin dhe forcat e tjera që mund të ndryshojnë karakteristikat themelore të objekteve. Një nga degët e shkencës është mekanika, e cila përfshin nënseksione të rëndësishme si statika dhe dinamika, si dhe kinematika.
Mekanika është një degë e fizikës që studion forcat, objektet ose trupat që janë në qetësi ose në lëvizje. Është një nga subjektet më të mëdha në fushën e shkencës dhe teknologjisë. Detyrat në statikë përfshijnë studimin e gjendjes së trupave nën ndikimin e forcave të ndryshme. Kinematika është një degë e fizikës (mekanikës) që studion lëvizjen e objekteve, pavarësisht nga forcat që shkaktojnë lëvizjen.
Mekanika teorike: statika
Mekanika është një shkencë fizike që merr në konsideratë sjelljen e trupave nën veprimin e forcave. Ekzistojnë 3 kategori të mekanikës: trup absolutisht i ngurtë, trupa të deformueshëm dhe të lëngshëm. Një trup i ngurtë është një trup që nuk deformohet nën veprimin eforcat. Mekanika teorike (statika - pjesë e mekanikës së një trupi absolutisht të ngurtë) përfshin gjithashtu dinamikën, e cila, nga ana tjetër, ndahet në kinematikë dhe kinetikë.
Mekanika e një trupi të deformueshëm merret me shpërndarjen e forcave brenda trupit dhe deformimet që rezultojnë. Këto forca të brendshme shkaktojnë strese të caktuara në trup, të cilat përfundimisht mund të çojnë në një ndryshim në vetë materialin. Këto çështje studiohen në kurset e forcës së materialeve.
Mekanika e lëngjeve është një degë e mekanikës që merret me shpërndarjen e forcave brenda lëngjeve ose gazeve. Lëngjet përdoren gjerësisht në inxhinieri. Ato mund të klasifikohen si të pakompresueshme ose të ngjeshshme. Aplikimet përfshijnë hidraulikën, hapësirën ajrore dhe shumë të tjera.
Koncepti i dinamikës
Dynamics merret me forcën dhe lëvizjen. Mënyra e vetme për të ndryshuar lëvizjen e një trupi është përdorimi i forcës. Së bashku me forcën, dinamika studion koncepte të tjera fizike, ndër të cilat janë këto: energjia, momenti, përplasja, qendra e gravitetit, çift rrotullimi dhe momenti i inercisë.
Statike dhe dinamike janë gjendje krejtësisht të kundërta. Dinamika është studimi i trupave që nuk janë në ekuilibër dhe ndodh nxitimi. Kinetika është studimi i forcave që shkaktojnë lëvizjen, ose forcave që vijnë nga lëvizja. Ndryshe nga një koncept i tillë si statika, kinematika është doktrina e lëvizjes së një trupi, e cila nuk merr parasysh faktin sesi bëhet lëvizja. Nganjëherë quhet "gjeometria e lëvizjes".
Kinematikë
Parimet kinematike shpesh aplikohen për të analizuar përcaktimin e pozicionit, shpejtësisë dhe nxitimit në pjesë të ndryshme të pajisjes gjatë funksionimit të saj. Kinematika shqyrton lëvizjen e një pike, një trupi dhe një sistemi trupash pa marrë parasysh shkaqet e lëvizjes. Lëvizja përshkruhet nga një vektor i sasive të tilla si zhvendosja, shpejtësia dhe nxitimi së bashku me një tregues të një kuadri referimi. Probleme të ndryshme në kinema zgjidhen duke përdorur ekuacionin e lëvizjes.
Mekanika - statika: sasitë themelore
Historia e mekanikës përfshin më shumë se një shekull. Parimet themelore të statikës u zhvilluan shumë kohë më parë. Gjatë qytetërimeve të hershme nevojiteshin të gjitha llojet e levave, avionëve të pjerrët dhe parimeve të tjera për të ndërtuar, për shembull, struktura të tilla të mëdha si piramidat.
Masitë themelore në mekanikë janë gjatësia, koha, masa dhe forca. Tre të parat quhen absolute, të pavarura nga njëra-tjetra. Forca nuk është një vlerë absolute pasi lidhet me masën dhe ndryshimet në shpejtësi.
Gjatësia
Gjatësia është një vlerë që përdoret për të përshkruar pozicionin e një pike në hapësirë në lidhje me një pikë tjetër. Kjo distancë quhet njësi standarde e gjatësisë. Njësia standarde e pranuar përgjithësisht për matjen e gjatësisë është njehsori. Ky standardzhvilluar dhe përmirësuar me kalimin e viteve. Fillimisht, ajo ishte një pjesë e dhjetë e miliona e kuadratit të sipërfaqes së tokës, me të cilën ishte mjaft e vështirë të bëheshin matje. Më 20 tetor 1983, metri u përcaktua si gjatësia e shtegut të përshkuar nga drita në vakum në 1/299.792.458 të sekondës.
Koha
Koha është një interval i caktuar midis dy ngjarjeve. Njësia standarde e pranuar përgjithësisht e kohës është e dyta. E dyta fillimisht u përcaktua si 1/86.4 e periudhës mesatare të rrotullimit të Tokës në boshtin e saj. Në vitin 1956, përkufizimi i një sekonde u përmirësua në 1/31.556 të kohës që i duhet Tokës për të kryer një rrotullim rreth Diellit.
Meshë
Masa është një veti e materies. Mund të konsiderohet si sasia e materies që përmban trupi. Kjo kategori përcakton efektin e gravitetit në trup dhe rezistencën ndaj ndryshimeve në lëvizje. Kjo rezistencë ndaj ndryshimit të lëvizjes quhet inerci, e cila është rezultat i masës së trupit. Njësia e pranuar përgjithësisht e masës është kilogrami.
Fuqia
Forca është një njësi e prejardhur, por një njësi shumë e rëndësishme në studimin e mekanikës. Shpesh përkufizohet si veprimi i një trupi në një tjetër dhe mund të jetë ose jo rezultat i kontaktit të drejtpërdrejtë midis trupave. Forcat gravitacionale dhe elektromagnetike janë shembuj të rezultatit të një ndikimi të tillë. Ka dy parime ndikimi, të forcave që priren të ndryshojnë lëvizjet e sistemit dhe që priren të ndryshojnëdeformime. Njësia bazë e forcës është Njutoni në sistemin SI dhe paundi në sistemin anglez.
Ekuacionet e ekuilibrit
Static do të thotë se objektet në fjalë janë absolutisht të ngurta. Shuma e të gjitha forcave që veprojnë në një trup në qetësi duhet të jetë e barabartë me zero, domethënë, forcat e përfshira balancojnë njëra-tjetrën dhe nuk duhet të ketë tendencë për forca të afta për ta kthyer trupin rreth çdo boshti. Këto kushte janë të pavarura nga njëra-tjetra dhe shprehja e tyre në formë matematikore përbën të ashtuquajturat ekuacione të ekuilibrit.
Ka tre ekuacione ekuilibri, dhe për këtë arsye mund të llogariten vetëm tre forca të panjohura. Nëse ka më shumë se tre forca të panjohura, kjo do të thotë se ka më shumë komponentë në strukturë ose makinë sesa kërkohet për të mbështetur ngarkesa të caktuara, ose se ka më shumë kufizime sesa duhet për të mbajtur trupin të mos lëvizë.
Përbërës ose kufizime të tilla të panevojshme quhen të tepërta (për shembull, një tabelë me katër këmbë ka një të tepërt), dhe sistemi i forcave është statikisht i papërcaktuar. Numri i ekuacioneve të disponueshme në statikë është i kufizuar, pasi çdo trup i ngurtë mbetet i fortë në çdo kusht, pavarësisht nga forma dhe madhësia.
