A statikus és a a klasszikus mechanika területe felelős az egyensúlyi állapotban lévő részecskék vagy merev testek rendszereinek tanulmányozásáért. Ezen a területen olyan fogalmakat tanulmányozunk, mint a tömegközéppont, a nyomaték, a szögimpulzus, a kar és az egyensúly.
Olvasd el te is: Kinematika - a mechanika területe, amely a testek mozgását vizsgálja
összefoglaló a statikusról
- A statika tanulmányozása lehetővé teszi épületek, hidak, autók, műemlékek, libikókák és még sok más építését és stabilitását.
- A statikában a tömegközéppont, az egyensúly, a kar, a nyomaték, a szögimpulzus fogalmait és alkalmazásait tanulmányozzák.
- A tömegközéppontot a részecskék tömegének és a rendszerben elfoglalt helyzetének számtani középértékén számítják ki.
- A nyomatékot a kifejtett erő, a kar és a távolság és az erő közötti szög szorzataként számítják ki.
- A szögimpulzus a tárgy forgástengelytől mért távolságának, a lineáris impulzusnak, valamint a távolság és a lineáris impulzus közötti szögnek a szorzataként kerül kiszámításra.
Mit vizsgál a statika?
A statikus tanulmányok merev testek vagy részecskék nyugalmi állapotban, statikus lévén, mert erőik és pillanataik minden irányban kioltják egymást, kiváltva az egyensúlyt, val vel
ezzel meg tudjuk határozni a rendszerre ható belső erőket.
Mire való a statikus?
A statika tanulmányozása széles körben terjed hidak, épületek, házak, bútorok, autók, ajtók, ablakok építésénél alkalmazzák, végül minden, aminek egyensúlyra van szüksége. O karok tanulmányozása lehetővé teszi a talicskák, kalapácsok, diótörők, tésztakampók, horgászbotok, libikókák és még sok más megértését és gyártását. Ezenkívül a szögimpulzus vizsgálata lehetővé teszi a korcsolyázók, a kerékpárok és a forgószékek fordulatainak javítását.
Lásd még: Mi az erő fogalma?
Fontos statikus fogalmak
- A tömeg közepe: Ez az a pont, ahol egy fizikai rendszer vagy részecske teljes tömege felhalmozódik. Nem mindig a testben van, mint egy gyűrű esetében, amelyben annak
- tömegközéppont a középpontban van, ahol nincs anyag. Ha többet szeretne megtudni erről a koncepcióról, kattintson a gombra itt.
- Egyensúly: Az a helyzet, amelyben a testre ható erők és nyomatékok összege nulla, így a test változatlan marad.
-
Kar: Ez egy egyszerű gép, amely képes leegyszerűsíteni egy feladat végrehajtását, és lehet interfixált, interpotens és inter-rezisztens.
- A karinterfix az erős erő és az ellenálló erő között van a támaszpont, mint az olló, fogó, libikóka és kalapács esetében.
- A karegymásnak ellenálló megvan az ellenálló erő az erős erő és a támaszpont között, mint a diótörő, sörnyitó, talicskánál.
- A karinterpotens megvan az erős erő az ellenálló erő és a támaszpont között, mint a csipesz, körömvágó, egyes testépítő gyakorlatok esetében.
- Nyomaték: erőnyomatéknak is nevezik, egy olyan fizikai mennyiség, amely akkor lép fel, amikor erőt fejtünk ki egy forgó, forgó testre, amely képes a forgóajtó kinyitásához. Tudjon meg többet erről a koncepcióról, ha kattintson itt.
- Szögnyomaték: Ez egy fizikai mennyiség, amely a forgó, forgó vagy görbületet alkotó testek mozgásának mértékéről tájékoztat.
A statika fő képletei
→ Tömegközéppont képletek
\(X_{CM}=\frac{m_1\cdot x_1+m_2\cdot x_2 +m_3\cdot x_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
Ez
\(Y_{CM}=\frac{m_1\cdot y_1+m_2\cdot y_2 +m_3\cdot y_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
xcm a részecskerendszer tömegközéppontjának helyzete a vízszintes tengelyen.
ycm a részecskerendszer tömegközéppontjának helyzete a függőleges tengelyen.
m1, m2 Ez m3 a részecskék tömegei.
x1, x2 Ez x3 a részecskék helyzete a vízszintes tengelyen.
y1, y2 Ez y3 a részecskék helyzete a függőleges tengelyen.
→ Karos képlet
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
FP az erős erő Newtonban [N] mérve.
dP az erős erő távolsága méterben [m].
Fr az ellenállási erő Newtonban [N] mérve.
dr az ellenállási erő távolsága méterben [m].
→ Nyomatékképletek
\(τ=r\cdot F\cdot sinθ\)
τ a megtermelt nyomaték, mértékegységben N∙m.
r a forgástengelytől mért távolság, amelyet emelőkarnak is neveznek, méterben [m] mérve.
F a termelt erő Newtonban mérve [Nem].
θ a távolság és az erő közötti szög, fokban [°] mérve.
Ha a szög 90°, a forgatónyomaték képlet a következőképpen ábrázolható:
\(τ=r\cdot F\)
τ az előállított nyomaték [N∙m]-ben mérve.
r a forgástengelytől mért távolság, amelyet emelőkarnak is neveznek, méterben [m] mérve.
F a termelt erő Newtonban mérve [Nem].
→ Angular Momentum Formula
\(L=r\cdot p\cdot sinθ\)
L a szögimpulzus, [kg∙m-ben mérve2/s].
r a tárgy és a forgástengely vagy sugár közötti távolság méterben [m].
P a lineáris impulzus, [kg∙m/s]-ban mérve.
θ közötti szög a r Ez K, fokban [°] mérve.
Többet tud: Hidrosztatika – a fizika ága, amely a folyadékokat statikus egyensúlyi körülmények között vizsgálja
Statikai gyakorlatokat oldott meg
01) (UFRRJ-RJ) Az alábbi ábrán tegyük fel, hogy a fiú F erővel löki az ajtótm = 5 N, amely a csuklópántoktól 2 m távolságra hat (forgástengely), és az ember F erőt fejt kiH = 80 N, a forgástengelytől 10 cm távolságra.
Ilyen feltételek mellett kijelenthető, hogy:
a) az ajtó a zárás irányába fordulna.
b) az ajtó a nyitás irányába fordulna.
c) az ajtó nem forog semmilyen irányba.
d) a férfi által az ajtóra alkalmazott nyomaték értéke nagyobb, mint a fiú által alkalmazott nyomaték értéke.
e) az ajtó a becsukódás irányába fordulna, mert a férfi tömege nagyobb, mint a fiúé.
Felbontás:
B alternatíva. Az ajtó a nyitás irányába fordulna. Ehhez csak számítsa ki az ember nyomatékát a képlet segítségével:
\(τ_h=r\cdot F\)
\(τ_h=0,1\cdot80\)
\(τ_h=8N\cdot m\)
És a fiú nyomatéka:
\(τ_m=r\cdot F\)
\(τ_m=2\cdot 5\)
\(τ_m=10N\cdot m\)
Látható tehát, hogy a fiú nyomatéka nagyobb, mint a férfié, tehát nyílik az ajtó.
02) (Enem) Egy kísérlet során egy tanár bevitt az osztályterembe egy zacskó rizst, egy háromszög alakú fadarabot és egy hengeres és homogén vasrudat. Azt javasolta, hogy mérjék meg a rúd tömegét ezekkel a tárgyakkal. Ehhez a tanulók jeleket készítettek a rudon, nyolc egyenlő részre osztva, majd megtámasztva a háromszög alakú alapot, a rizses zacskó egyik végéről lógva, amíg el nem éri az egyensúlyt.
Ebben a helyzetben mekkora volt a tanulók által elért rúd tömege?
a) 3,00 kg
b) 3,75 kg
c) 5,00 kg
d) 6,00 kg
e) 15,00 kg
Felbontás:
E alternatíva. A tanulók által elért rúd tömegét a kar képletével számítjuk ki, amelyben összehasonlítjuk az erős erőt az ellenálló erővel:
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
A rizs által kifejtett erő az, ami ellenáll a rúd mozgásának, tehát:
\(F_p\cdot d_p=F_{rizs}\cdot d_{rizs}\)
A rizsre ható erő és az erős erő a súlyerő, tehát:
\(P_p\cdot d_p=P_{rizs}\cdot d_{rizs}\)
\(m_pg\cdot d_p=m_{rizs}\cdot g\cdot d_{rizs}\)
\(m_p\cdot10\cdot1=5\cdot10\cdot3\)
\(m_p\cdot10=150\)
\(m_p=\frac{150}{10}\)
\(m_p=15 kg\)
Források
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. A fizika alapjai: Mechanika.8. szerk. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.
NUSSENZVEIG, Herch Moyses. fizika alaptanfolyam: Mechanika (köt. 1). 5 ed. Tehát Paulo: Blucher, 2015.
