Bahagian fizik yang mengkaji jasad dalam keadaan rehat dari sudut pandangan mekanik dipanggil statik. Perkara utama statik ialah pemahaman tentang keadaan keseimbangan badan dalam sistem dan keupayaan untuk menggunakan syarat ini untuk menyelesaikan masalah praktikal.
Kuasa bertindak
Punca putaran, pergerakan translasi atau pergerakan kompleks jasad di sepanjang trajektori melengkung ialah tindakan daya bukan sifar luaran pada jasad ini. Dalam fizik, daya ialah kuantiti yang, bertindak ke atas jasad, mampu memberikannya pecutan, iaitu mengubah jumlah gerakan. Nilai ini telah dikaji sejak zaman purba, namun, undang-undang statik dan dinamik akhirnya terbentuk dalam teori fizikal yang koheren hanya dengan kedatangan zaman baru. Peranan utama dalam pembangunan mekanik gerakan dimainkan oleh karya Isaac Newton, yang selepasnya unit daya kini dipanggil Newton.
Apabila mempertimbangkan keadaan keseimbangan jasad dalam fizik, adalah penting untuk mengetahui beberapa parameter daya bertindak. Ini termasuk yang berikut:
- arah tindakan;
- nilai mutlak;
- titik permohonan;
- sudut antara daya yang dipertimbangkan dan daya lain yang dikenakan pada sistem.
Gabungan parameter di atas membolehkan anda menyatakan dengan jelas sama ada sistem yang diberikan akan bergerak atau tidak bergerak.
Keadaan keseimbangan pertama sistem
Bilakah sistem badan tegar tidak akan bergerak secara progresif di angkasa? Jawapan kepada soalan ini akan menjadi jelas jika kita mengingati undang-undang kedua Newton. Menurutnya, sistem tidak akan melakukan pergerakan translasi jika dan hanya jika jumlah daya di luar sistem adalah sama dengan sifar. Iaitu, keadaan keseimbangan pertama untuk pepejal secara matematik kelihatan seperti ini:
∑i=1Fi¯=0.
Di sini n ialah bilangan daya luaran dalam sistem. Ungkapan di atas menganggap penjumlahan vektor bagi daya.
Mari kita pertimbangkan kes mudah. Mari kita anggap bahawa dua daya dengan magnitud yang sama bertindak ke atas badan, tetapi diarahkan ke arah yang berbeza. Akibatnya, salah seorang daripada mereka akan cenderung untuk memberikan pecutan kepada badan di sepanjang arah positif paksi yang dipilih secara sewenang-wenangnya, dan yang lain - sepanjang yang negatif. Hasil daripada tindakan mereka akan menjadi badan yang berehat. Jumlah vektor kedua-dua daya ini akan menjadi sifar. Secara adil, kami ambil perhatian bahawa contoh yang diterangkan akan membawa kepada kemunculan tegasan tegangan dalam badan, tetapi fakta ini tidak terpakai pada topik artikel.
Untuk memudahkan pengesahan keadaan keseimbangan bertulis badan, anda boleh menggunakan perwakilan geometri semua daya dalam sistem. Jika vektor mereka disusun supaya setiap daya berikutnya bermula dari penghujung yang sebelumnya,maka kesamaan bertulis akan dipenuhi apabila permulaan daya pertama bertepatan dengan penghujung yang terakhir. Dari segi geometri, ini kelihatan seperti gelung tertutup vektor daya.
Detik daya
Sebelum meneruskan huraian keadaan keseimbangan seterusnya untuk jasad tegar, adalah perlu untuk memperkenalkan konsep fizikal penting statik - momen daya. Secara ringkas, nilai skalar momen daya ialah hasil darab modulus daya itu sendiri dan vektor jejari dari paksi putaran ke titik penggunaan daya. Dalam erti kata lain, masuk akal untuk mempertimbangkan momen daya hanya relatif kepada beberapa paksi putaran sistem. Bentuk matematik skalar untuk menulis momen daya kelihatan seperti ini:
M=Fd.
Di mana d ialah lengan daya.
Dari ungkapan bertulis, jika daya F dikenakan pada mana-mana titik paksi putaran pada mana-mana sudut kepadanya, maka momen dayanya akan sama dengan sifar.
Maksud fizikal kuantiti M terletak pada keupayaan daya F untuk membuat pusingan. Keupayaan ini bertambah apabila jarak antara titik penggunaan daya dan paksi putaran bertambah.
Keadaan keseimbangan kedua untuk sistem
Seperti yang anda fikirkan, syarat kedua untuk keseimbangan jasad disambungkan dengan momen daya. Pertama, kami memberikan formula matematik yang sepadan, dan kemudian kami akan menganalisisnya dengan lebih terperinci. Jadi, syarat ketiadaan putaran dalam sistem ditulis seperti berikut:
∑i=1Mi=0.
Iaitu, jumlah detik semuadaya mestilah sifar pada setiap paksi putaran dalam sistem.
Momen daya ialah kuantiti vektor, namun, untuk menentukan keseimbangan putaran, adalah penting untuk mengetahui hanya tanda momen ini Mi. Perlu diingat bahawa jika daya cenderung berputar ke arah jam, maka ia mencipta momen negatif. Sebaliknya, putaran melawan arah anak panah membawa kepada kemunculan momen positif Mi.
Kaedah menentukan keseimbangan sistem
Dua syarat untuk keseimbangan badan telah diberikan di atas. Jelas sekali, agar badan tidak bergerak dan berehat, kedua-dua syarat mesti dipenuhi serentak.
Apabila menyelesaikan masalah keseimbangan, seseorang harus mempertimbangkan sistem dua persamaan bertulis. Penyelesaian sistem ini akan memberikan jawapan kepada sebarang masalah dalam statik.
Kadangkala keadaan pertama, mencerminkan ketiadaan gerakan translasi, mungkin tidak memberikan sebarang maklumat yang berguna, maka penyelesaian masalah dikurangkan kepada analisis keadaan momen.
Apabila mempertimbangkan masalah statik pada keadaan keseimbangan jasad, pusat graviti badan memainkan peranan penting, kerana melaluinya paksi putaran berlalu. Jika jumlah momen daya relatif kepada pusat graviti adalah sama dengan sifar, maka putaran sistem tidak akan diperhatikan.
Contoh penyelesaian masalah
Adalah diketahui bahawa dua pemberat diletakkan pada hujung papan tanpa berat. Berat berat sebelah kanan adalah dua kali ganda berat sebelah kiri. Ia adalah perlu untuk menentukan kedudukan sokongan di bawah lembaga, di mana sistem ini akan beradabaki.
Reka bentuk panjang papan dengan huruf l, dan jarak dari hujung kiri ke sokongan - dengan huruf x. Jelas sekali bahawa sistem ini tidak mengalami sebarang gerakan translasi, jadi syarat pertama tidak perlu digunakan untuk menyelesaikan masalah.
Berat setiap beban menghasilkan momen daya berbanding sokongan, dan kedua-dua momen mempunyai tanda yang berbeza. Dalam notasi yang telah kami pilih, keadaan keseimbangan kedua akan kelihatan seperti:
P1x=P2(L-x).
Di sini P1 dan P2 ialah masing-masing pemberat kiri dan kanan. Membahagikan dengan P1kedua-dua bahagian kesamaan dan menggunakan keadaan masalah, kita mendapat:
x=P2/P1(L-x)=>
x=2L - 2x=>
x=2/3L.
Supaya sistem berada dalam keseimbangan, sokongan hendaklah terletak 2/3 daripada panjang papan dari hujung kirinya (1/3 dari hujung kanan).
