Nel processo di studio della statica, che è una delle sezioni costitutive della meccanica, il ruolo principale è dato agli assiomi e ai concetti di base. Ci sono solo cinque assiomi di base. Alcuni di loro sono conosciuti dalle lezioni di fisica della scuola, perché sono le leggi di Newton.
Definizione della meccanica
Prima di tutto, va detto che la statica è un sottoinsieme della meccanica. Quest'ultimo dovrebbe essere descritto in modo più dettagliato, poiché è direttamente correlato alla statica. Allo stesso tempo, meccanica è un termine più generale che combina dinamica, cinematica e statica. Tutte queste materie sono state studiate nel corso di fisica della scuola e sono note a tutti. Anche gli assiomi inclusi nello studio della statica si basano sulle leggi di Newton conosciute dagli anni scolastici. Tuttavia, ce n'erano tre, mentre gli assiomi di base della statica sono cinque. La maggior parte di essi riguarda le regole per mantenere l'equilibrio e il movimento rettilineo uniforme di un determinato punto del corpo o materiale.
La meccanica è la scienza del modo più semplice di muoversimateria - meccanica. I movimenti più semplici sono considerati azioni che si riducono al movimento nello spazio e nel tempo di un oggetto fisico da una posizione all' altra.
Cosa studia la meccanica
Nella meccanica teorica, le leggi generali del moto vengono studiate senza tener conto delle proprietà individuali del corpo, ad eccezione delle proprietà di estensione e gravità (questo implica che le proprietà delle particelle di materia siano reciprocamente attratte o abbiano un certo peso).
Le definizioni di base includono la forza meccanica. Questo termine si riferisce al movimento, trasmesso meccanicamente da un corpo al secondo durante l'interazione. Secondo numerose osservazioni, è stato determinato che la forza è considerata una grandezza vettoriale, caratterizzata dalla direzione e dal punto di applicazione.
In termini di metodo di costruzione, la meccanica teorica è simile alla geometria: si basa anche su definizioni, assiomi e teoremi. Inoltre, il collegamento non si esaurisce con definizioni semplici. La maggior parte dei disegni relativi alla meccanica in generale e alla statica in particolare contengono regole e leggi geometriche.
La meccanica teorica comprende tre sottosezioni: statica, cinematica e dinamica. Nella prima si studiano i metodi per trasformare le forze applicate ad un oggetto e ad un corpo assolutamente rigido, nonché le condizioni per l'emergere dell'equilibrio. In cinematica si considera un semplice movimento meccanico, che non tiene conto delle forze agenti. In dinamica si studiano i movimenti di un punto, di un sistema o di un corpo rigido, tenendo conto delle forze agenti.
Assiomi della statica
Primo, consideraconcetti di base, assiomi della statica, tipi di connessioni e loro reazioni. La statica è uno stato di equilibrio con forze che vengono applicate a un corpo assolutamente rigido. I suoi compiti comprendono due punti principali: 1 - i concetti e gli assiomi di base della statica includono la sostituzione di un sistema aggiuntivo di forze che sono state applicate al corpo con un altro sistema ad esso equivalente. 2 - derivazione di regole generali in base alle quali il corpo sotto l'influenza delle forze applicate rimane in uno stato di riposo o in processo di moto rettilineo traslatorio uniforme.
Gli oggetti in tali sistemi sono solitamente chiamati un punto materiale - un corpo le cui dimensioni possono essere omesse nelle condizioni date. Un insieme di punti o corpi interconnessi in qualche modo è chiamato sistema. Le forze di mutua influenza tra questi corpi sono dette interne e le forze che influenzano questo sistema sono dette esterne.
La forza risultante in un certo sistema è una forza equivalente al sistema di forze ridotto. Le forze che compongono questo sistema sono dette forze costituenti. La forza di bilanciamento è uguale in grandezza alla risultante, ma è diretta nella direzione opposta.
In statica, quando si risolve il problema di modificare il sistema di forze che interessano un corpo rigido, o l'equilibrio delle forze, vengono utilizzate le proprietà geometriche dei vettori di forza. Da ciò diventa chiara la definizione di statica geometrica. La statica analitica basata sul principio degli spostamenti ammissibili sarà descritta in dinamica.
Concetti e assiomi di basestatica
Le condizioni affinché un corpo sia in equilibrio derivano da diverse leggi di base, utilizzate senza ulteriori prove, ma confermate sotto forma di esperimenti, chiamati assiomi della statica.
- L'assioma I è chiamato prima legge di Newton (assioma di inerzia). Ogni corpo rimane in uno stato di riposo o di moto rettilineo uniforme fino al momento in cui forze esterne agiscono su questo corpo, sottraendolo a questo stato. Questa capacità del corpo è chiamata inerzia. Questa è una delle proprietà fondamentali della materia.
- Assioma II - La terza legge di Newton (l'assioma dell'interazione). Quando un corpo agisce su un altro con una certa forza, il secondo corpo, insieme al primo, agirà su di esso con una certa forza, che è uguale in valore assoluto, in direzione opposta.
- Assioma III - la condizione per l'equilibrio di due forze. Per ottenere l'equilibrio di un corpo libero, che è sotto l'influenza di due forze, è sufficiente che queste forze siano uguali nel loro modulo e opposte nella direzione. Questo è anche correlato al punto successivo ed è incluso nei concetti e negli assiomi di base della statica, l'equilibrio di un sistema di forze discendenti.
- Assioma IV. L'equilibrio non sarà disturbato se un sistema equilibrato di forze viene applicato o rimosso da un corpo rigido.
- L'assioma V è l'assioma del parallelogramma delle forze. La risultante di due forze che si intersecano viene applicata nel punto della loro intersezione ed è rappresentata dalla diagonale di un parallelogramma costruito su queste forze.
Connessioni e loro reazioni
Nella meccanica teorica di un punto materiale,Si possono dare due definizioni di sistema e corpo rigido: libero e non libero. La differenza tra queste parole è che se non vengono imposte restrizioni prestabilite al movimento di un punto, di un corpo o di un sistema, allora questi oggetti saranno per definizione liberi. Nella situazione opposta, gli oggetti sono generalmente chiamati non liberi.
Le circostanze fisiche che portano alla restrizione della libertà di oggetti materiali nominati sono chiamate legami. In statica, possono esserci semplici connessioni eseguite da diversi corpi rigidi o flessibili. La forza dell'azione di legame su un punto, sistema o corpo è chiamata reazione di legame.
Tipi di connessioni e loro reazioni
Nella vita ordinaria, il collegamento può essere rappresentato da fili, lacci, catene o corde. In meccanica, per questa definizione vengono presi legami senza peso, flessibili e inestensibili. Le reazioni, rispettivamente, possono essere dirette lungo un filo, una corda. Allo stesso tempo, ci sono connessioni, le cui linee d'azione non possono essere determinate immediatamente. Come esempio dei concetti di base e degli assiomi della statica, possiamo citare un cardine cilindrico fisso.
È costituito da un bullone cilindrico fisso, sul quale è applicato un manicotto con un foro cilindrico, il cui diametro non supera la dimensione del bullone. Quando il corpo è fissato alla boccola, la prima può ruotare solo lungo l'asse della cerniera. In una cerniera ideale (a condizione che si trascuri l'attrito della superficie del manicotto e del chiavistello), si presenta un ostacolo allo spostamento del manicotto in una direzione perpendicolare alla superficie del bullone e del manicotto. Per questo la reazioneUna cerniera ideale ha una direzione lungo la normale: il raggio del bullone. Sotto l'influenza delle forze agenti, la boccola è in grado di premere contro il bullone in un punto arbitrario. A questo proposito, non è possibile determinare in anticipo la direzione di reazione in corrispondenza di una cerniera cilindrica fissa. Da questa reazione si può conoscere solo la sua posizione nel piano perpendicolare all'asse del cardine.
Durante la soluzione dei problemi, la reazione cerniera sarà stabilita dal metodo analitico espandendo il vettore. I concetti e gli assiomi di base della statica includono questo metodo. I valori delle proiezioni di reazione sono calcolati dalle equazioni di equilibrio. Lo stesso avviene in altre situazioni, inclusa l'impossibilità di determinare la direzione della reazione del legame.
Sistema di forze convergenti
Il numero di definizioni di base può includere un sistema di forze che convergono. Il cosiddetto sistema di forze convergenti sarà chiamato un sistema in cui le linee di azione si intersecano in un unico punto. Questo sistema porta a una risultante o è in uno stato di equilibrio. Questo sistema è anche preso in considerazione negli assiomi citati in precedenza, poiché è associato al mantenimento dell'equilibrio del corpo, che è menzionato in più posizioni contemporaneamente. Questi ultimi indicano sia le cause necessarie per creare un equilibrio, sia i fattori che non causeranno un cambiamento in questo stato. La risultante di questo sistema di forze convergenti è uguale alla somma vettoriale delle forze nominate.
Equilibrio del sistema
Il sistema delle forze convergenti è anche incluso nei concetti di base e negli assiomi della statica durante lo studio. Per trovare il sistema in equilibrio, la condizione meccanicadiventa valore zero della forza risultante. Poiché la somma vettoriale delle forze è zero, il poligono è considerato chiuso.
In forma analitica, la condizione di equilibrio del sistema sarà la seguente: un sistema spaziale di forze convergenti in equilibrio avrà una somma algebrica di proiezioni di forze su ciascuno degli assi coordinati uguale a zero. Poiché in una tale situazione di equilibrio la risultante sarà zero, anche le proiezioni sugli assi delle coordinate saranno zero.
Momento di forza
Questa definizione indica il prodotto vettoriale del vettore del punto di applicazione della forza. Il vettore del momento della forza è diretto perpendicolarmente al piano in cui giacciono la forza e il punto, nella direzione da cui si vede che la rotazione dall'azione della forza avviene in senso antiorario.
Coppia di poteri
Questa definizione si riferisce a un sistema costituito da una coppia di forze parallele, di uguale intensità, dirette in direzioni opposte e applicate a un corpo.
Il momento di una coppia di forze può essere considerato positivo se le forze della coppia sono dirette in senso antiorario nel sistema di coordinate di destra e negativo - se sono dirette in senso orario nel sistema di coordinate di sinistra. Quando si trasla dal sistema di coordinate destro a quello sinistro, l'orientamento delle forze viene invertito. Il valore minimo della distanza tra le linee di azione delle forze è chiamato spalla. Da ciò ne consegue che il momento di una coppia di forze è un vettore libero, modulo uguale a M=Fh ed avente perpendicolare al piano d'azionela direzione che dall' alto del vettore di forza dato era orientata positivamente.
Equilibrio in sistemi arbitrari di forze
La condizione di equilibrio richiesta per un arbitrario sistema spaziale di forze applicate a un corpo rigido è la scomparsa del vettore principale e del momento rispetto a qualsiasi punto dello spazio.
Da ciò ne consegue che per raggiungere un equilibrio di forze parallele poste sullo stesso piano, è necessario e sufficiente che la somma risultante delle proiezioni delle forze su un asse parallelo e la somma algebrica di tutte le componenti i momenti forniti dalle forze relative a un punto casuale è uguale a zero.
Centro di gravità del corpo
Secondo la legge di gravitazione universale, ogni particella in prossimità della superficie terrestre è influenzata da forze di attrazione chiamate gravità. Con piccole dimensioni del corpo in tutte le applicazioni tecniche, si possono considerare le forze di gravità delle singole particelle del corpo come un sistema di forze praticamente parallele. Se consideriamo parallele tutte le forze di gravità delle particelle, la loro risultante sarà numericamente uguale alla somma dei pesi di tutte le particelle, cioè il peso del corpo.
Soggetto della cinematica
La cinematica è una branca della meccanica teorica che studia il movimento meccanico di un punto, un sistema di punti e un corpo rigido, indipendentemente dalle forze che li influenzano. Newton, partendo da una posizione materialistica, considerava oggettiva la natura dello spazio e del tempo. Newton usava la definizione di assolutospazio e tempo, ma li separava dalla materia in movimento, quindi può essere definito un metafisico. Il materialismo dialettico considera lo spazio e il tempo come forme oggettive dell'esistenza della materia. Spazio e tempo senza materia non possono esistere. In meccanica teorica si dice che lo spazio che include i corpi in movimento è chiamato spazio euclideo tridimensionale.
Rispetto alla meccanica teorica, la teoria della relatività si basa su altri concetti di spazio e tempo. Questo emergere di una nuova geometria creata da Lobachevsky ha aiutato. A differenza di Newton, Lobachevsky non separò lo spazio e il tempo dalla visione, considerando quest'ultima un cambiamento nella posizione di alcuni corpi rispetto ad altri. Nel suo stesso lavoro, ha sottolineato che in natura l'uomo conosce solo il movimento, senza il quale la rappresentazione sensoriale diventa impossibile. Ne consegue che tutti gli altri concetti, per esempio quelli geometrici, sono creati artificialmente dalla mente.
Da ciò risulta chiaro che lo spazio è considerato come una manifestazione della connessione tra corpi in movimento. Quasi un secolo prima della teoria della relatività, Lobachevsky fece notare che la geometria euclidea è legata a sistemi geometrici astratti, mentre nel mondo fisico le relazioni spaziali sono determinate dalla geometria fisica, che differisce da quella euclidea, in cui le proprietà del tempo e dello spazio sono combinate con le proprietà della materia che si muove nello spazio e nel tempo.
NonVale la pena notare che i principali scienziati russi nel campo della meccanica hanno consapevolmente aderito alle corrette posizioni materialistiche nell'interpretazione di tutte le principali definizioni della meccanica teorica, in particolare tempo e spazio. Allo stesso tempo, l'opinione sullo spazio e sul tempo nella teoria della relatività è simile alle idee sullo spazio e sul tempo dei sostenitori del marxismo, che furono create prima dell'emergere dei lavori sulla teoria della relatività.
Quando si lavora con la meccanica teorica durante la misurazione dello spazio, il metro viene preso come unità principale e il secondo come il tempo. Il tempo è lo stesso in ogni quadro di riferimento ed è indipendente dall' alternanza di questi sistemi in relazione tra loro. Il tempo è indicato da un simbolo e viene trattato come una variabile continua utilizzata come argomento. Durante la misurazione del tempo vengono applicate le definizioni di intervallo di tempo, momento del tempo, tempo iniziale, che sono incluse nei concetti e negli assiomi di base della statica.
Meccanica tecnica
Nell'applicazione pratica, i concetti e gli assiomi di base della statica e della meccanica tecnica sono interconnessi. Nella meccanica tecnica vengono studiati sia il processo meccanico del movimento stesso che la possibilità del suo utilizzo per scopi pratici. Ad esempio, durante la creazione di strutture tecniche ed edilizie e il loro test di resistenza, ciò richiede una breve conoscenza dei concetti e degli assiomi di base della statica. Allo stesso tempo, uno studio così breve è adatto solo ai dilettanti. Nelle istituzioni educative specializzate, questo argomento è di notevole importanza, ad esempio nel caso del sistema di forze, concetti di base eassiomi della statica.
Nella meccanica tecnica, vengono applicati anche gli assiomi di cui sopra. Ad esempio, l'assioma 1, i concetti di base e gli assiomi della statica sono correlati a questa sezione. Mentre il primo assioma spiega il principio del mantenimento dell'equilibrio. Nella meccanica tecnica, un ruolo importante è dato non solo alla creazione di dispositivi, ma anche a strutture stabili, nella cui costruzione stabilità e resistenza sono i criteri principali. Tuttavia, sarà impossibile creare qualcosa del genere senza conoscere gli assiomi di base.
Osservazioni generali
Le forme più semplici di movimento dei corpi solidi includono il movimento traslatorio e rotatorio del corpo. Nella cinematica dei corpi rigidi, per diversi tipi di moto, si tiene conto delle caratteristiche cinematiche del movimento dei suoi diversi punti. Il movimento rotatorio di un corpo attorno a un punto fisso è un tale movimento in cui una retta passante per una coppia di punti arbitrari durante il movimento del corpo rimane ferma. Questa retta è chiamata asse di rotazione del corpo.
Nel testo sopra sono stati brevemente forniti i concetti e gli assiomi di base della statica. Allo stesso tempo, c'è una grande quantità di informazioni di terze parti con le quali puoi capire meglio la statica. Non dimenticare i dati di base, nella maggior parte degli esempi i concetti e gli assiomi di base della statica includono un corpo assolutamente rigido, poiché questo è una sorta di standard per un oggetto che potrebbe non essere realizzabile in condizioni normali.
Allora dovremmo ricordare gli assiomi. Ad esempio, i concetti di base e gli assiomila statica, i legami e le loro reazioni sono tra questi. Nonostante il fatto che molti assiomi spieghino solo il principio del mantenimento dell'equilibrio o del moto uniforme, ciò non nega il loro significato. A partire dal corso scolastico, vengono studiati questi assiomi e regole, in quanto sono le leggi ben note di Newton. La necessità di citarli è connessa con l'applicazione pratica delle conoscenze di statica e di meccanica in generale. Un esempio è stata la meccanica tecnica, in cui, oltre a creare meccanismi, è necessario comprendere il principio della progettazione di edifici sostenibili. Grazie a queste informazioni è possibile la corretta realizzazione delle strutture ordinarie.
