La Statica è la scienza dei metodi per quantificare la forza di interazione tra i corpi. Queste forze sono responsabili del mantenimento dell'equilibrio, del movimento dei corpi o del cambiamento della loro forma. Nella vita di tutti i giorni, puoi vedere molti esempi diversi ogni giorno. Il movimento e i cambiamenti di forma sono fondamentali per la funzionalità degli oggetti naturali e artificiali.
Il concetto di statica
Le basi della statica furono gettate oltre 2200 anni fa, quando l'antico matematico greco Archimede e altri scienziati dell'epoca stavano studiando le proprietà di amplificazione e inventando semplici meccanismi come una leva e un asse. La statica è una branca della meccanica che si occupa delle forze che agiscono sui corpi in quiete in condizioni di equilibrio.
Questa è la branca della fisica che rende possibili le procedure analitiche e grafiche necessarie per identificare e descrivere queste forze sconosciute. La sezione "statica" (fisica) svolge un ruolo importante in molti rami dell'ingegneria, della meccanica,civile, aeronautica e bioingegneria, che si occupano dei vari effetti delle forze. Quando il corpo è a riposo o si muove a velocità uniforme, allora stiamo parlando di quest'area della fisica. La statica è lo studio del corpo in equilibrio.
I metodi ei risultati di questa branca della scienza si sono rivelati particolarmente utili nella progettazione di edifici, ponti e dighe, nonché gru e altri dispositivi meccanici simili. Per poter calcolare le dimensioni di tali strutture e attrezzature, architetti e ingegneri devono prima determinare le forze che agiscono sulle loro parti interconnesse.
Assiomi della statica
La statica è una branca della fisica che studia le condizioni in cui i sistemi meccanici e di altro tipo rimangono in un certo stato che non cambia nel tempo. Questa sezione della fisica si basa su cinque assiomi di base:
1. Un corpo rigido è in uno stato di equilibrio statico se due forze della stessa intensità agiscono su di esso, giacciono sulla stessa linea d'azione e sono dirette in direzioni opposte lungo la stessa linea.
2. Un corpo rigido rimarrà in uno stato statico finché non sarà influenzato da forze esterne o da un sistema di forze.
3. La risultante di due forze che agiscono nello stesso punto materiale è uguale alla somma vettoriale delle due forze. Questo assioma obbedisce al principio della somma vettoriale.
4. Due corpi interagenti reagiscono tra loro con due forze di uguale intensità in direzioni opposte lungo la stessa linea d'azione. Questol'assioma è anche chiamato principio di azione e reazione.
5. Se un corpo deformabile è in uno stato di equilibrio statico, non sarà disturbato se il corpo fisico rimane in uno stato solido. Questo assioma è anche chiamato principio di solidificazione.
Meccanica e sue sezioni
Fisica in greco (physikos - "naturale" e "physis" - "natura") significa letteralmente la scienza che si occupa della natura. Copre tutte le leggi e le proprietà conosciute della materia, così come le forze che agiscono su di essa, inclusi gravità, calore, luce, magnetismo, elettricità e altre forze che possono cambiare le caratteristiche di base degli oggetti. Uno dei rami della scienza è la meccanica, che include sottosezioni così importanti come la statica e la dinamica, così come la cinematica.
La meccanica è una branca della fisica che studia le forze, gli oggetti o i corpi che sono in quiete o in movimento. È una delle più grandi entità nel campo della scienza e della tecnologia. I compiti in statica includono lo studio dello stato dei corpi sotto l'influenza di varie forze. La cinematica è una branca della fisica (meccanica) che studia il movimento degli oggetti, indipendentemente dalle forze che causano il movimento.
Meccanica teorica: statica
La meccanica è una scienza fisica che considera il comportamento dei corpi sotto l'azione delle forze. Esistono 3 categorie di meccanica: corpi assolutamente rigidi, corpi deformabili e liquidi. Un corpo rigido è un corpo che non si deforma sotto l'azione diforze. La meccanica teorica (statica - parte della meccanica di un corpo assolutamente rigido) include anche la dinamica, che, a sua volta, è suddivisa in cinematica e cinetica.
La meccanica di un corpo deformabile si occupa della distribuzione delle forze all'interno del corpo e delle deformazioni risultanti. Queste forze interne provocano determinate sollecitazioni nel corpo, che possono eventualmente portare a un cambiamento nel materiale stesso. Questi problemi sono studiati nei corsi di resistenza dei materiali.
La meccanica dei fluidi è una branca della meccanica che si occupa della distribuzione delle forze all'interno di liquidi o gas. I fluidi sono ampiamente utilizzati in ingegneria. Possono essere classificati come incomprimibili o comprimibili. Le applicazioni includono idraulica, aerospaziale e molte altre.
Il concetto di dinamica
Dynamics si occupa di forza e movimento. L'unico modo per cambiare il movimento di un corpo è usare la forza. Insieme alla forza, la dinamica studia altri concetti fisici, tra cui i seguenti: energia, quantità di moto, collisione, centro di gravità, coppia e momento di inerzia.
Statico e dinamico sono stati completamente opposti. La dinamica è lo studio dei corpi che non sono in equilibrio e si verifica l'accelerazione. La cinetica è lo studio delle forze che causano il movimento, o le forze che risultano dal movimento. A differenza di un concetto come quello di statica, la cinematica è la dottrina del movimento di un corpo, che non tiene conto del fatto checome è fatto il movimento. A volte è indicata come la "geometria del movimento".
Cinematica
I principi cinematici vengono spesso applicati per analizzare la determinazione di posizione, velocità e accelerazione in varie parti dell'apparecchiatura durante il suo funzionamento. La cinematica considera il movimento di un punto, di un corpo e di un sistema di corpi senza considerare le cause del movimento. Il movimento è descritto da un vettore di quantità come spostamento, velocità e accelerazione insieme a un'indicazione di un sistema di riferimento. Vari problemi di cinematica vengono risolti usando l'equazione del moto.
Meccanica - statica: grandezze fondamentali
La storia della meccanica abbraccia più di un secolo. I principi di base della statica sono stati sviluppati molto tempo fa. Tutti i tipi di leve, piani inclinati e altri principi erano necessari durante le prime civiltà per costruire, ad esempio, strutture enormi come le piramidi.
Le grandezze fondamentali in meccanica sono lunghezza, tempo, massa e forza. I primi tre sono detti assoluti, indipendenti l'uno dall' altro. La forza non è un valore assoluto in quanto è correlata alla massa e alle variazioni di velocità.
Lunghezza
Lunghezza è un valore utilizzato per descrivere la posizione di un punto nello spazio rispetto a un altro punto. Questa distanza è chiamata unità standard di lunghezza. L'unità standard generalmente accettata per misurare la lunghezza è il metro. Questo standardsviluppato e migliorato nel corso degli anni. Inizialmente, era una diecimilionesima parte del quadrante della superficie terrestre, con la quale era piuttosto difficile effettuare misurazioni. Il 20 ottobre 1983 il metro è stato definito come la lunghezza del percorso percorso dalla luce nel vuoto in 1/299.792.458 di secondo.
Tempo
Il tempo è un certo intervallo tra due eventi. L'unità di tempo standard generalmente accettata è la seconda. Il secondo era originariamente definito come 1/86,4 del periodo di rotazione medio della Terra sul suo asse. Nel 1956, la definizione di secondo è stata migliorata a 1/31.556 del tempo impiegato dalla Terra per completare una rivoluzione attorno al Sole.
Messa
La massa è una proprietà della materia. Può essere considerato come la quantità di materia contenuta nel corpo. Questa categoria definisce l'effetto della gravità sul corpo e la resistenza al cambiamento nel movimento. Questa resistenza al cambiamento di movimento è chiamata inerzia, che è il risultato della massa del corpo. L'unità di massa generalmente accettata è il chilogrammo.
Potenza
La forza è un'unità derivata, ma un'unità molto importante nello studio della meccanica. È spesso definito come l'azione di un corpo su un altro e può essere o meno il risultato del contatto diretto tra i corpi. Le forze gravitazionali ed elettromagnetiche sono esempi del risultato di un tale impatto. Ci sono due principi di influenza, di forze che tendono a cambiare i movimenti del sistema e che tendono a farlodeformazioni. L'unità di base della forza è il Newton nel sistema SI e la libbra nel sistema inglese.
Equazioni di equilibrio
Statico significa che gli oggetti in questione sono assolutamente solidi. La somma di tutte le forze agenti su un corpo in quiete deve essere uguale a zero, cioè le forze coinvolte si equilibrano a vicenda e non dovrebbero esserci tendenze per forze capaci di far ruotare il corpo attorno a un qualsiasi asse. Queste condizioni sono indipendenti l'una dall' altra e la loro espressione in forma matematica costituisce le cosiddette equazioni di equilibrio.
Ci sono tre equazioni di equilibrio, e quindi possono essere calcolate solo tre forze sconosciute. Se ci sono più di tre forze sconosciute, significa che ci sono più componenti nella struttura o nella macchina di quanti sono necessari per sostenere determinati carichi, o che ci sono più restrizioni del necessario per impedire al corpo di muoversi.
Tali componenti o vincoli non necessari sono chiamati ridondanti (ad esempio, un tavolo con quattro gambe ne ha una ridondante) e il sistema di forze è staticamente indeterminato. Il numero di equazioni disponibili in statica è limitato, poiché qualsiasi corpo rigido rimane solido in qualsiasi condizione, indipendentemente dalla forma e dalle dimensioni.
