UN statique et le domaine de la mécanique classique chargé d'étudier les systèmes de particules ou de corps rigides en état d'équilibre. Dans ce domaine, nous étudions des concepts tels que le centre de masse, le couple, le moment cinétique, le levier et l'équilibre.
A lire aussi: Cinématique - domaine de la mécanique qui étudie le mouvement des corps
résumé sur statique
- L'étude de la statique rend possible la construction et la stabilité des bâtiments, des ponts, des automobiles, des monuments, des bascules et bien plus encore.
- En statique, les concepts et applications de centre de masse, d'équilibre, de levier, de couple, de moment cinétique sont étudiés.
- Le centre de masse est calculé par la moyenne arithmétique de la masse des particules et de leurs positions dans le système.
- Le couple est calculé comme le produit de la force produite, du bras de levier et de l'angle entre la distance et la force.
- Le moment angulaire est calculé comme le produit de la distance de l'objet à l'axe de rotation, du moment linéaire et de l'angle entre la distance et le moment linéaire.
Qu'étudie la statique ?
Les études statiques corps rigides ou particules au repos, être statique, parce que leurs forces et leurs moments s'annulent dans toutes les directions, provoquer l'équilibre, avec
cela nous permet de déterminer les efforts internes qui s'exercent sur ce système.
A quoi sert le statique ?
L'étude de la statique est largement appliqué dans la construction de ponts, bâtiments, maisons, meubles, automobiles, portes, fenêtres, enfin, tout ce qui a besoin d'équilibre. O étude des leviers permet de comprendre et de fabriquer des brouettes, des marteaux, des casse-noix, des crochets à pâte, des cannes à pêche, des bascules et bien plus encore. De plus, l'étude du moment cinétique permet d'améliorer les virages des patineurs, des roues de vélo et des chaises pivotantes.
Voir aussi: Quelle est la notion de force ?
Concepts statiques importants
- Le centre de masse: C'est le point auquel toute la masse d'un système physique ou d'une particule s'accumule. Ce n'est pas toujours dans le corps, comme dans le cas d'un anneau, dans lequel son
- le centre de masse est au centre, là où il n'y a pas de matière. Pour en savoir plus sur ce concept, cliquez sur ici.
- Équilibre: est la situation dans laquelle la somme de toutes les forces et moments sur un corps est nulle, en gardant le corps inchangé.
-
Levier: C'est une machine simple capable de simplifier l'exécution d'une tâche, et qui peut être interfixe, interpotente et interrésistante.
- UN levierinterfixe il a le point d'appui entre la force puissante et la force résistante, comme c'est le cas des ciseaux, des pinces, de la bascule et du marteau.
- UN levierinterrésistant il a la force résistante entre la force puissante et le point d'appui, comme c'est le cas du casse-noix, du décapsuleur, de la brouette.
- UN levierinterpotent il a la force puissante entre la force résistante et le point d'appui, comme c'est le cas avec les pincettes, les coupe-ongles, certains exercices de musculation.
- Couple: également appelé moment de force, est une grandeur physique qui se produit lorsque nous appliquons une force sur un corps capable de tourner, de tourner, comme ouvrir une porte à tambour. Découvrez ce concept en cliquant ici.
- Moment angulaire: C'est une grandeur physique qui renseigne sur la quantité de mouvement des corps qui tournent, tournent ou font des courbes.
Principales formules de la statique
→ Formules du centre de masse
\(X_{CM}=\frac{m_1\cdot x_1+m_2\cdot x_2 +m_3\cdot x_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
C'est
\(Y_{CM}=\frac{m_1\cdot y_1+m_2\cdot y_2 +m_3\cdot y_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
Xcm est la position du centre de masse du système de particules sur l'axe horizontal.
ycm est la position du centre de masse du système de particules sur l'axe vertical.
m1, m2 C'est m3 sont les masses des particules.
X1, X2 C'est X3 sont les positions des particules sur l'axe horizontal.
y1, y2 C'est y3 sont les positions des particules sur l'axe vertical.
→ Formule levier
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
FP est la force puissante, mesurée en Newton [N].
dP est la distance de la force puissante, mesurée en mètres [m].
Fr est la force de résistance, mesurée en Newton [N].
dr est la distance de la force de résistance, mesurée en mètres [m].
→ Formules de couple
\(τ=r\cdot F\cdot sinθ\)
τ est le couple produit, mesuré en N∙m.
r est la distance à l'axe de rotation, également appelé bras de levier, mesurée en mètres [m].
F est la force produite, mesurée en Newton [Non].
θ est l'angle entre la distance et la force, mesuré en degrés [°].
Lorsque l'angle est de 90º, la formule de couple peut être représentée par :
\(τ=r\cdot F\)
τ est le couple produit, mesuré en [N∙m].
r est la distance à l'axe de rotation, également appelé bras de levier, mesurée en mètres [m].
F est la force produite, mesurée en Newton [Non].
→ Formule de moment angulaire
\(L=r\cdot p\cdot sinθ\)
L est le moment cinétique, mesuré en [kg∙m2/s].
r est la distance entre l'objet et l'axe de rotation ou rayon, mesurée en mètres [m].
P est la quantité de mouvement linéaire, mesurée en [kg∙m/s].
θ est l'angle entre le r C'est Q, mesuré en degrés [°].
Savoir plus: Hydrostatique - branche de la physique qui étudie les fluides dans des conditions d'équilibre statique
Exercices résolus sur la statique
01) (UFRRJ-RJ) Dans la figure ci-dessous, supposons que le garçon pousse la porte avec une force Fm = 5 N, agissant à une distance de 2 m des charnières (axe de rotation), et que l'homme exerce une force FH = 80 N, à une distance de 10 cm de l'axe de rotation.
Dans ces conditions, on peut dire que :
a) la porte tournerait dans le sens de la fermeture.
b) la porte tournerait dans le sens de l'ouverture.
c) la porte ne tourne dans aucune direction.
d) la valeur du moment appliqué à la porte par l'homme est supérieure à la valeur du moment appliqué par le garçon.
e) la porte tournerait dans le sens de la fermeture, car la masse de l'homme est supérieure à la masse du garçon.
Résolution:
Variante B. La porte tournerait dans le sens de l'ouverture. Pour cela, il suffit de calculer le couple de l'homme, grâce à la formule :
\(τ_h=r\cdot F\)
\(τ_h=0.1\cdot80\)
\(τ_h=8N\cdot m\)
Et le garçon couple :
\(τ_m=r\cdot F\)
\(τ_m=2\cdot 5\)
\(τ_m=10N\cdot m\)
Ainsi, vous pouvez voir que le couple du garçon est supérieur au couple de l'homme, donc la porte s'ouvre.
02) (Enem) Dans une expérience, un enseignant emporta dans la classe un sac de riz, un morceau de bois triangulaire et une barre de fer cylindrique et homogène. Il proposa de mesurer la masse de la barre à l'aide de ces objets. Pour cela, les élèves ont fait des marques sur la barre, la divisant en huit parties égales, puis l'appuyant sur la base triangulaire, avec le sac de riz suspendu à l'une de ses extrémités, jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint.
Dans cette situation, quelle était la masse de la barre obtenue par les élèves ?
a) 3,00 kg
b) 3,75 kg
c) 5,00 kg
d) 6,00 kg
e) 15,00 kg
Résolution:
E alternative. Nous calculerons la masse de la barre obtenue par les étudiants, à travers la formule du levier, dans laquelle nous comparons la force puissante à la force résistante :
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
La force exercée par le riz est ce qui résiste au mouvement de la barre, donc :
\(F_p\cdot d_p=F_{riz}\cdot d_{riz}\)
La force agissant sur le riz et la force puissante est la force de poids, donc :
\(P_p\cdot d_p=P_{riz}\cdot d_{riz}\)
\(m_pg\cdot d_p=m_{riz}\cdot g\cdot d_{riz}\)
\(m_p\cdot10\cdot1=5\cdot10\cdot3\)
\(m_p\cdot10=150\)
\(m_p=\frac{150}{10}\)
\(m_p=15 kg\)
Sources
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jerl. Fondamentaux de la physique: Mécanique.8. éd. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.
NUSSENZVEIG, Herch Moyses. cours de physique de base: Mécanique (vol. 1). 5 éd. Alors Paulo: Blucher, 2015.
