EN statisk og inden for klassisk mekanik ansvarlig for at studere systemer af partikler eller stive legemer i en tilstand af ligevægt. På dette område studerer vi begreber som massecentrum, drejningsmoment, vinkelmomentum, løftestang og balance.
Læs også: Kinematik - område af mekanik, der studerer bevægelser af kroppe
opsummering om statisk
- Studiet af statik muliggør konstruktion og stabilitet af bygninger, broer, biler, monumenter, vipper og meget mere.
- I statik studeres begreberne og anvendelserne af massecenter, balance, løftestang, drejningsmoment, vinkelmomentum.
- Massecentret beregnes ud fra det aritmetiske middelværdi af partiklernes masse og deres positioner i systemet.
- Moment beregnes som produktet af den frembragte kraft, vægtstangsarmen og vinklen mellem afstanden og kraften.
- Vinkelmomentum beregnes som produktet af objektets afstand fra rotationsaksen, det lineære momentum og vinklen mellem afstanden og det lineære momentum.
Hvad studerer statik?
De statiske undersøgelser stive legemer eller partikler i hvile
, være statiskfordi deres kræfter og øjeblikke ophæver hinanden i alle retninger, fremkalde balancen, meddette kan vi bestemme de indre kræfter, der er på dette system.
Hvad er statisk til?
Studiet af statik er bredt anvendes til konstruktion af broer, bygninger, huse, møbler, biler, døre, vinduer, endelig alt, hvad der har brug for balance. O undersøgelse af håndtag giver dig mulighed for at forstå og fremstille trillebøre, hamre, nøddeknækkere, dejkroge, fiskestænger, vipper og meget mere. Derudover gør studiet af vinkelmoment det muligt at forbedre svingene for skatere, cykelhjul og drejestole.
Se også: Hvad er begrebet styrke?
Vigtige statiske begreber
- Massecentrum: Det er det punkt, hvor al massen af et fysisk system eller partikel akkumuleres. Det er ikke altid i kroppen, som i tilfældet med en ring, hvor dens
- massecentrum er i centrum, hvor der ikke er noget materiale. For at lære mere om dette koncept, klik her.
- Balance: er den situation, hvor summen af alle kræfter og momenter på et legeme er nul, hvilket holder kroppen uændret.
-
Håndtag: Det er en simpel maskine, der er i stand til at forenkle udførelsen af en opgave, og den kan være interfixed, interpotent og inter-resistent.
- EN håndtaginterfix den har støttepunktet mellem den potente kraft og den modstandsdygtige kraft, som det er tilfældet med saks, tænger, vippe og hammer.
- EN håndtagindbyrdes modstandsdygtige den har den modstandsdygtige kraft mellem den potente kraft og omdrejningspunktet, som det er tilfældet med nøddeknækkeren, flaskeåbneren, trillebøren.
- EN håndtaginterpotent den har den kraftige kraft mellem den modstandsdygtige kraft og omdrejningspunktet, som det er tilfældet med pincet, negleklipper, nogle bodybuildingøvelser.
- Moment: også kaldet kraftmoment, er en fysisk størrelse, der opstår, når vi påfører en kraft på en krop, der er i stand til at rotere, dreje, som at åbne en svingdør. Lær mere om dette koncept ved at klikke her.
- Vinkelmoment: Det er en fysisk størrelse, der informerer om mængden af bevægelse af kroppe, der roterer, roterer eller laver kurver.
Hovedformler for statik
→ Formler for massemidtpunkt
\(X_{CM}=\frac{m_1\cdot x_1+m_2\cdot x_2 +m_3\cdot x_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
det er
\(Y_{CM}=\frac{m_1\cdot y_1+m_2\cdot y_2 +m_3\cdot y_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
xcm er positionen af partikelsystemets massecenter på den vandrette akse.
ycm er positionen af partikelsystemets massecenter på den lodrette akse.
m1, m2 det er m3 er massen af partiklerne.
x1, x2 det er x3 er partiklernes positioner på den vandrette akse.
y1, y2 det er y3 er partiklernes positioner på den lodrette akse.
→ Håndtagsformel
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
FP er den potente kraft, målt i Newton [N].
dP er afstanden af den potente kraft, målt i meter [m].
Fr er modstandskraften, målt i Newton [N].
dr er afstanden af modstandskraften, målt i meter [m].
→ Momentformler
\(τ=r\cdot F\cdot sinθ\)
τ er det producerede drejningsmoment, målt i N∙m.
r er afstanden fra omdrejningsaksen, også kaldet vægtstangsarmen, målt i meter [m].
F er den frembragte kraft, målt i Newton [Ingen].
θ er vinklen mellem afstanden og kraften, målt i grader [°].
Når vinklen er 90º, kan drejningsmomentformlen repræsenteres ved:
\(τ=r\cdot F\)
τ er det producerede drejningsmoment målt i [N∙m].
r er afstanden fra omdrejningsaksen, også kaldet vægtstangsarmen, målt i meter [m].
F er den frembragte kraft, målt i Newton [Ingen].
→ Vinkelmomentformel
\(L=r\cdot p\cdot sinθ\)
L er vinkelmomentet, målt i [kg∙m2/s].
r er afstanden mellem objektet og rotationsaksen eller radius, målt i meter [m].
P er det lineære momentum, målt i [kg∙m/s].
θ er vinklen mellem r det er Q, målt i grader [°].
Få mere at vide: Hydrostatik - gren af fysik, der studerer væsker under forhold med statisk ligevægt
Løste øvelser om statik
01) (UFRRJ-RJ) Antag i figuren nedenfor, at drengen skubber døren med en kraft Fm = 5 N, der virker i en afstand af 2 m fra hængslerne (drejningsakse), og at manden udøver en kraft FH = 80 N, i en afstand af 10 cm fra rotationsaksen.
Under disse forhold kan det oplyses, at:
a) døren vil dreje i retning af at blive lukket.
b) døren vil dreje i retning af at blive åbnet.
c) døren roterer ikke i nogen retning.
d) værdien af det øjeblik, som manden har påført døren, er større end værdien af det øjeblik, drengen anvender.
e) døren ville dreje i retning af at blive lukket, fordi mandens masse er større end drengens masse.
Løsning:
Alternativ B. Døren ville dreje i retning af at blive åbnet. For at gøre dette skal du bare beregne mandens drejningsmoment gennem formlen:
\(τ_h=r\cdot F\)
\(τ_h=0.1\cdot80\)
\(τ_h=8N\cdot m\)
Og drengens drejningsmoment:
\(τ_m=r\cdot F\)
\(τ_m=2\cdot 5\)
\(τ_m=10N\cdot m\)
Så du kan se, at drengens drejningsmoment er større end mandens drejningsmoment, så døren åbner.
02) (Enem) I et eksperiment tog en lærer med til klasseværelset en pose ris, et trekantet stykke træ og en cylindrisk og homogen jernstang. Han foreslog, at de målte stangens masse ved hjælp af disse genstande. Til dette lavede eleverne mærker på stangen, delte den i otte lige store dele og støttede den derefter den trekantede base, hvor posen med ris hænger fra en af dens ender, indtil ligevægt er nået.
I denne situation, hvad var massen af baren opnået af eleverne?
a) 3,00 kg
b) 3,75 kg
c) 5,00 kg
d) 6,00 kg
e) 15,00 kg
Løsning:
E alternativ. Vi vil beregne massen af stangen opnået af eleverne ved hjælp af håndtagets formel, hvor vi sammenligner den potente kraft med den modstandsdygtige kraft:
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
Kraften, som risen udøver, er det, der modstår stangens bevægelse, så:
\(F_p\cdot d_p=F_{ris}\cdot d_{ris}\)
Den kraft, der virker på risen og den potente kraft, er vægtkraften, så:
\(P_p\cdot d_p=P_{ris}\cdot d_{ris}\)
\(m_pg\cdot d_p=m_{ris}\cdot g\cdot d_{ris}\)
\(m_p\cdot10\cdot1=5\cdot10\cdot3\)
\(m_p\cdot10=150\)
\(m_p=\frac{150}{10}\)
\(m_p=15 kg\)
Kilder
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Grundlæggende om fysik: Mekanik.8. udg. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.
NUSSENZVEIG, Herch Moyses. grundkursus i fysik: Mekanik (vol. 1). 5 udg. Så Paulo: Blucher, 2015.