Statika

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 3. ledna 2022; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Statika (z řeckého στατός , „pevný“) je odvětví mechaniky , ve kterém se studují rovnovážné podmínky mechanických systémů při působení sil a momentů , které na ně působí .

Axiomy statiky

Systém sil působících na těleso nebo hmotný bod se nazývá vyvážený nebo ekvivalentní nule, pokud je těleso působením tohoto systému v klidu nebo se pohybuje setrvačností. [jeden]

  1. Axiom o sčítání (zamítání) systému dvou sil, ekvivalentních nule. Bez porušení mechanického stavu těla je možné na něj aplikovat nebo odmítnout vyvážený systém sil.
  2. Axiom o rovnosti sil akce a reakce. (Zákon klasické mechaniky o akci a reakci ). Pro každé působení jednoho tělesa na druhé existuje stejná reakce od druhého tělesa, stejné velikosti, ale opačného směru.
  3. Axiom o rovnováze soustavy dvou sil. Dvě síly působící na stejné těleso jsou vzájemně vyvážené (jejich působení je ekvivalentní nule) právě tehdy, jsou-li stejně velké a působí v jedné přímce v opačných směrech.
  4. Rovnoběžný axiom dvou sil. Výslednice dvou sil působících na jeden bod působí na stejný bod a je rovna úhlopříčce rovnoběžníku postaveného na těchto silách jako stranách.
  5. Axiom tuhnutí. Pokud bylo deformovatelné těleso v rovnováze, bude v rovnováze i po přeměně v absolutně pevné těleso (ztuhnutí).
  6. Axiom uvolnění z vazeb. Mechanický stav systému se nezmění, pokud se uvolní z vazeb a na body systému působí síly rovnající se reakčním silám vazeb, které na ně působily.
  7. Axiom kvádru o třech silách. Tři síly působící v jednom bodě tělesa nebo na hmotném bodě lze nahradit jednou výslednou silou, která se svým modulem a směrem rovná diagonále kvádru postaveného na daných silách [2] .

Důsledky

  1. Když je síla přenášena podél její působiště, účinek této síly na těleso se nemění.
  2. Součet všech vnitřních sil je nulový.

Základní pojmy

O tělese se říká, že je v rovnováze, pokud je v klidu nebo se pohybuje rovnoměrně a přímočaře vzhledem ke zvolené inerciální vztažné soustavě [3] .

Ve statice jsou hmotná tělesa považována za absolutně pevná , protože. změna rozměrů těles je obvykle malá ve srovnání s počátečními rozměry.

Odkazy

Na tělo působí vnější síly, ale i další hmotná tělesa, která omezují pohyb tohoto tělesa v prostoru. Taková tělesa se nazývají vazby . Síla, kterou vazba působí na těleso a omezuje jeho pohyb, se nazývá vazebná reakce . Pro zápis rovnovážných podmínek soustavy jsou vazby odstraněny a reakce vazeb jsou nahrazeny silami jim rovnými [1] .

Pokud je například tělo připojeno k pantu , pak je pant spojkou. V tomto případě bude spojovací reakcí síla procházející osou závěsu.

Silové systémy

Pokud lze soustavu sil působící na tuhé těleso nahradit jinou soustavou sil beze změny mechanického stavu tělesa, pak se takové soustavy sil nazývají ekvivalentní.

Pro jakýkoli systém sil působících na tuhé těleso lze najít ekvivalentní systém sil sestávající ze síly působící v daném bodě (středu redukce) a dvojice sil ( Poinsotova věta ). Tato síla se nazývá hlavní vektor soustavy sil a moment vytvořený dvojicí sil se nazývá hlavní moment vzhledem ke zvolenému středu redukce. Hlavní vektor je roven vektorovému součtu všech sil soustavy a nezávisí na zvoleném středu redukce. Hlavní moment je roven součtu momentů všech sil soustavy vzhledem ke středu redukce.

Podmínka rovnováhy pro tuhé těleso

Tuhé těleso je v rovnováze, jestliže součet všech sil působících na dané těleso a jejich momentů je roven nule nebo je hlavní vektor a hlavní moment soustavy sil působící na těleso roven nule. [jeden]

Podmínka rovnováhy pro soustavu těles

Pro zaznamenání rovnovážného stavu soustavy skládající se z pevných látek je soustava rozdělena na samostatné části a rovnovážné rovnice jsou napsány jak pro celý systém, tak pro jeho části [1] . V tomto případě je možných několik ekvivalentních možností zápisu podmínek rovnováhy v závislosti na volbě částí systému, pro které jsou rovnice napsány.

Z prvního Newtonova zákona vyplývá, že pokud je geometrický součet všech vnějších sil působících na těleso nulový, pak je těleso v klidu nebo vykonává rovnoměrný přímočarý pohyb. V tomto případě je zvykem říkat, že síly působící na tělo se navzájem vyrovnávají. Při výpočtu výslednice lze všechny síly působící na těleso aplikovat na těžiště.

Aby nerotující těleso bylo v rovnováze, je nutné, aby výslednice všech sil působících na těleso byla rovna nule.

Obrázek 1.14.1. Rovnováha tuhého tělesa při působení tří sil. Při výpočtu výslednice se všechny síly zredukují na jeden bod C Na Obr. 1.14.1 je uveden příklad rovnováhy tuhého tělesa při působení tří sil. Průsečík O přímek působení sil a neshoduje se s bodem působení tíhové síly (těžiště C), ale v rovnováze jsou tyto body nutně na stejné vertikále. Při výpočtu výslednice se všechny síly zredukují na jeden bod.

Pokud se těleso může otáčet kolem nějaké osy, pak pro jeho rovnováhu nestačí, aby výslednice všech sil byla rovna nule.

Rotační působení síly závisí nejen na její velikosti, ale také na vzdálenosti mezi čárou působení síly a osou otáčení.

Délka kolmice vedené od osy otáčení k přímce působení síly se nazývá rameno síly.

Součin modulu síly ramenem d se nazývá moment síly M. Momenty těch sil, které mají tendenci otáčet tělesem proti směru hodinových ručiček, jsou považovány za kladné (obr. 1.14.2).

Pravidlo momentů: těleso s pevnou osou otáčení je v rovnováze, pokud je algebraický součet momentů všech sil působících na těleso kolem této osy nulový:*

Spojení s jinými vědami

Statika je odvětví teoretické mechaniky .

Statika je základem vědy o pevnosti materiálů .

Viz také

Poznámky

  1. 1 2 3 4 Edited by Kolesnikov K. S. Kurz teoretické mechaniky. - Moskva: Vydavatelství MSTU im. N.E. Bauman, 2005. - S. 173-176. ISBN 5-7038-1371-9
  2. Tarasov, 2012 , str. 27.
  3. Editoval Kolesnikov K.S. Kurz teoretické mechaniky. - Moskva: Vydavatelství MSTU im. N.E. Bauman, 2005. - S. 173-224. ISBN 5-7038-1371-9

Odkazy

Literatura