Statische Geschichte, welche Studien, Anwendungen, Gesetze

Der Statisch Es ist der Zweig der Mechanik, der das Gleichgewicht von starre Körper untersucht. Wenn ein Körper starr ist, ändern die Partikel, die es ausmachen.

Solche Objekte finden sich im Gleichgewicht, ob in Ruhe (statischer Gleichgewicht), als ob sie sich bewegen (dynamisches Gleichgewicht), nur im letzteren Fall muss die Bewegung einheitlich geradlinig sein.

Abbildung 1. Das römische Aquädukt in Segovia, Spanien. Die alten römischen Bauherren haben die Prinzipien von statisch effizient angewendet. Quelle: Wikimedia Commons.

Im Falle von Strukturen wie Gebäuden, Brücken und Straßen, statisches Gleichgewichtsinteresse.

Aber statisch ist nicht auf den Bereich der Bauingenieurwesen beschränkt. Es gilt auch für das Gleichgewicht von Partikeln mit elektrischer Ladung und der von Objekten, die in kontinuierliche Medien wie Luft und Wasser eingetaucht sind.

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Statische Geschichte als Mechanikzweig

Die Statik hatte eine frühe historische Entwicklung, die sich aus der Notwendigkeit ergab, feste Strukturen aufzubauen, während Städte festgelegt wurden. Die alten Ägypter ließen ihre Denkmäler als Beweis; Sie kannten einfache Maschinen wie Riemenscheiben, Hebel und geneigte Pläne.

Andere Zivilisationen der Antike, deren Denkmäler bis heute überleben, kannten auch die grundlegenden Prinzipien, aber es waren die Griechen, die begannen, ihre Studie zu systematisieren.

Die großen griechischen physiker Archimedes von Syrakus (287-212 AC) ließen die Grundlagen der Verwendung des Hebels und des Gleichgewichts untergetauchter Körper -die hydrostatischen Körper-.

Anschließend leisteten andere große Wissenschaftler wie Leonardo und Galileo wichtige Beiträge. Letzterer stellte fest, dass eine Nettokraft nicht erforderlich war, um die Bewegung eines Körpers aufrechtzuerhalten (dynamisches Gleichgewicht).

Galileo Galilei - Quelle: Domenico Tintoretto [Public Domain]

Simon Stevin (1548-1620) sticht ebenfalls auf.

Später gab Isaac Newton (1642-1727) die Formulierung von statischer Form den endgültigen Impuls mit seinen drei Mechanikgesetzen.

Figur 2. Auf den linken Archimedes von Syrakus und rechts Isaac Newton, Pioniere in der Untersuchung von statischer und Mechanikern. Quelle: Wikimedia Commons.

Der nächste Beitrag für seine Relevanz wurde von D'Alembert und das Konzept der Trägheit der Kraft geleistet. Dank dessen ist es möglich, dynamische Probleme durch das Konzept des Gleichgewichts zu untersuchen.

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Aus der langen Liste von Wissenschaftlern und Ingenieuren, die zur statischen beigetragen haben, müssen wir die Namen von Euler und LaGrange erwähnen, die mathematische Techniken entwickelt haben.

Was untersucht statisch?

Das Wort statisch Es kommt aus dem griechischen Wort, um zu bestimmen, was stationär ist.

Dieser wichtige Zweig der Mechanik ist die Grundlage der Konstruktionen, in denen wir leben, und nicht nur das, da es andere Bereiche gibt, in denen ihre Prinzipien gelten:

Aerostatik

Studieren Sie das Gleichgewicht der Körper in der Luft.

Hydrostatisch

Wendet die Prinzipien von statischer auf Körper in Wasser oder anderen Flüssigkeiten an.

Elektrostatik

Wichtiger Zweig des Elektromagnetismus, der elektrische Belastungen im statischen Gleichgewicht untersucht.

Magnetostatisch

Es ist der Zweig, der der Untersuchung der Magnetfelder gewidmet ist, die nicht rechtzeitig variieren.

Partikel statisch

In erster Linie geht die Statische davon aus.

Wenn es um den Körper als Teilchen geht, sagen wir, dass er sich im statischen Gleichgewicht befindet, wenn die resultierende Kraft auf sie ist.

Statisch von ausgedehnten Körpern

Ein Modell, das mehr an die Realität gebunden ist, geht davon aus.

Dies ist sehr wichtig, da diese Effekte sein können:

-Dynamisch, im Zusammenhang mit der Bewegung oder Abwesenheit davon,

-Deformatoren, Für die Veränderungen in einer Weise, die die Körper den Kräften erleben.

Die statische Annahme geht davon aus.

Wenn die Abmessungen des untersuchten Objekts messbar sind, können die Kräfte auf verschiedene Orte angewendet werden und es ist möglich, dass sie es, selbst wenn sie es nicht übertragen, es drehen können. In diesem Fall wäre das Objekt nicht in statischer Ausgewogenheit.

Anwendungen

Die Anwendungen der Statischen sind überall zu finden, weshalb es der Zweig der Mechanik ist, der am meisten verwendet wird, obwohl wir ihn oft nicht erkennen:

Im Haus

Die Grundsätze der statischen bis Möbel, Schränke, Geräte, Lampen, Bücher und jedes Ruhungsgegenstand in einem Haus können angewendet werden. Wir stellen ständig sicher, dass die Dinge nicht fallen, sich nicht umdrehen oder ihre Plätze versehentlich ändern.

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In zivilen Konstruktionen

In ähnlicher Weise stellen die Bauherren der Gebäude, in denen wir leben.

Diese Prinzipien gelten auch für den Bau von Straßen und Brücken.

Im Maschinenbau

Die Statische gilt auch für das Design und die Konstruktion von Stücken für Maschinen.

Einige Stücke sind offensichtlich mobil, andere nicht. Deshalb sorgen die Ingenieure sehr gut für die gebauten Maschinen, sie kollabiert, nutzt oder bröckelt in irgendeiner Weise nicht.

Figur 3.- Das Gay Enola im National Air & Space Museum in Washington DC. Die Prinzipien der Statischen wurden verwendet, um sie an Kabel zu hängen, die dem Dach der Ausstellungshalle unterliegt. Quelle: Wikimedia Commons.

Hauptgesetze der statischen

Die Grundlage von Static ist die Untersuchung der Kräfte und Handlungen, die sie durch die drei Gesetze von Newton of Mechanics ausüben:

Newtons erstes Gesetz

Ein Körper bleibt in Ruhe oder in gleichmäßiger geradliniger Bewegung, es sei denn, eine unausgeglichene Kraft verändert seine Bewegungsaussage.

Zweites Gesetz von Newton

Die Summe der auf einen Körper wirkenden Kräfte, die als resultierende Kraft bezeichnet wird F_R, Es ist gleich dem Produkt des Teigs M (ein Skalar) zur Beschleunigung Zu (Ein Vektor).

Für das statische Newtons zweites Gesetz nimmt Form Form an:

F_R = 0

Da sich die restliche oder gleichmäßige geradlinige Bewegung zu einer Nullbeschleunigung übersetzt.

Newtons drittes Gesetz

Wenn der Körper 1 eine Kraft auf den Körper 2 ausübt 2, genannt F₁₂, Körper 2 übt eine Kraft auf den Körper 1 aus, der als als bezeichnet als als bezeichnet F_{einundzwanzig}, Sodass F₁₂ Und F_{einundzwanzig} Sie haben die gleiche Intensität und entgegengesetzte Richtung:

F₁₂ = - F_{einundzwanzig}

Das Drehmoment oder das Moment einer Kraft

Früher haben wir gesagt, dass es möglich ist, dass die Kräfte, obwohl sie keine Übersetzungsbewegung zum Körper verursachen.

Nun, die physikalische Größe, die bestimmt, ob ein Körper gebrochen oder nicht genannt wird Drehmoment entweder Moment der Kraft, bezeichnet als M.

Das Drehmoment oder das Moment einer Kraft F Es hängt von der Intensität davon ab, dem Vektor R Das geht vom Anwendungspunkt zur Rotationsachse und schließlich des Anwendungswinkels aus. Alles durch das Kreuzprodukt oder Vektorprodukt dazwischen R Und F:

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M = R X F  (Einheiten si: n.M)

Ein Objekt kann sich in Bezug auf verschiedene Achsen drehen, daher wird der Moment immer in Bezug auf eine bestimmte Achse berechnet. Und damit der Körper statisch bleibt, ist es notwendig, dass alle Momente null sind.

Gleichgewichtsbedingungen

Sie sind die notwendigen Bedingungen, damit ein starrer Feststoff im statischen Gleichgewicht liegt, sodass sie als die bekannt sind Gleichgewichtsbedingungen:

Erster Gleichgewichtszustand

Die Summe der Kräfte, die auf den Körper wirken, muss abgesagt werden. In mathematischer Form:

∑ F_Yo = 0

Was die Kräfte betrifft, die auf einen Körper wirken, sind diese in intern und extern unterteilt.

Die inneren Kräfte sind dafür verantwortlich, den Körper kohäsiv zu halten. Zum Beispiel besteht ein Auto aus vielen Teilen, die korrekt artikulierten, dass sich die Maschinerie als Ganzes bewegt, dank der inneren Kräfte zwischen den Gewerkschaften der Parteien.

Externe Kräfte sind diejenigen, die andere Körper auf dem untersuchten Objekt ausüben.

Im Beispiel des Autos können die Kräfte das von der Erde ausgeübte Gewicht sein, die von der Oberfläche bereitgestellte Stütze, die auf den Rädern aufgetragen wird, und die Reibung zwischen den Reifen und dem Bürgersteig.

Darüber hinaus berücksichtigt static abhängig von den berücksichtigten Elementen und den existierenden Bewegungsmöglichkeiten unzählige Unterstützung, Reaktionen und Ligaturen.

Zweiter Gleichgewichtszustand

Die Summe der Momente rund um eine willkürliche Achse muss ebenfalls abgesagt werden, was wir wie folgt ausdrücken:

∑ M_Yo = 0

Wenn die Gleichgewichtsbedingungen für einen Körper in der Ebene gelten, müssen die Kräfte in die beiden kartesischen Komponenten x und y unterteilt 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 drei dimensionale Objekte die Anzahl der Gleichungen auf 6.

Es ist zu beachten, dass die Einhaltung der Gleichgewichtsbedingungen erforderlich ist, um das statische Gleichgewicht eines Körpers zu gewährleisten.

Es reicht jedoch nicht aus, da es Fälle gibt, in denen diese Bedingungen erfüllt sind, aber wir können nicht sicherstellen, dass das Objekt im Gleichgewicht ist. Dies passiert, wenn zwischen den Teilen des Objekts relative Bewegung besteht, dh der Feststoff ist teilweise miteinander verbunden.

Verweise

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