UN statico e il campo della Meccanica Classica responsabile dello studio di sistemi di particelle o corpi rigidi in uno stato di equilibrio. In quest'area si studiano concetti come baricentro, momento torcente, momento angolare, leva e bilanciamento.
Leggi anche: Cinematica — area della Meccanica che studia il moto dei corpi
riassunto sulla staticità
- Lo studio della statica rende possibile la costruzione e la stabilità di edifici, ponti, automobili, monumenti, altalene e molto altro.
- In statica si studiano i concetti e le applicazioni di baricentro, equilibrio, leva, momento torcente, momento angolare.
- Il centro di massa è calcolato attraverso la media aritmetica della massa delle particelle e delle loro posizioni nel sistema.
- La coppia è calcolata come il prodotto della forza prodotta, il braccio di leva e l'angolo tra la distanza e la forza.
- Il momento angolare è calcolato come il prodotto della distanza dell'oggetto dall'asse di rotazione, il momento lineare e l'angolo tra la distanza e il momento lineare.
Cosa studia la statica?
Gli studi statici corpi rigidi o particelle in quiete, essere statico, perché le loro forze e i loro momenti si annullano a vicenda in tutte le direzioni, provocando l'equilibrio, con
questo possiamo determinare le forze interne che sono su questo sistema.
A cosa serve la staticità?
Lo studio della statica è ampiamente applicato nella costruzione di ponti, edifici, case, mobili, automobili, porte, finestre, infine, tutto ciò che ha bisogno di equilibrio. O studio delle leve permette di comprendere e realizzare carriole, martelli, schiaccianoci, ganci per impastare, canne da pesca, altalene e molto altro. Inoltre, lo studio del momento angolare consente di migliorare le virate di pattinatori, ruote di biciclette e sedie girevoli.
Vedi anche: Qual è il concetto di forza?
Concetti statici importanti
- Centro di Massa: È il punto in cui si accumula tutta la massa di un sistema fisico o di una particella. Non è sempre nel corpo, come nel caso di un anello, in cui è
- il centro di massa è al centro, dove non c'è materiale. Per saperne di più su questo concetto, fare clic su Qui.
- Bilancia: è la situazione in cui la somma di tutte le forze e i momenti su un corpo è zero, mantenendo il corpo invariato.
-
Leva: È una macchina semplice capace di semplificare l'esecuzione di un compito, e può essere interfissa, interpotente e interresistente.
- UN levainterfisso ha il punto di appoggio tra la forza potente e la forza resistente, come nel caso delle forbici, delle pinze, dell'altalena e del martello.
- UN levainterresistente ha la forza resistente tra la forza potente e il fulcro, come lo schiaccianoci, l'apribottiglie, la carriola.
- UN levainterpotente ha la forza potente tra la forza resistente e il fulcro, come accade con le pinzette, il tagliaunghie, alcuni esercizi di bodybuilding.
- Coppia: detto anche momento di forza, è una grandezza fisica che si verifica quando applichiamo una forza su un corpo capace di ruotare, girare, come aprire una porta girevole. Scopri di più su questo concetto facendo clic Qui.
- Momento angolare: È una quantità fisica che informa sulla quantità di movimento dei corpi che ruotano, ruotano o fanno curve.
Principali formule della statica
→ Formule del centro di massa
\(X_{CM}=\frac{m_1\cdot x_1+m_2\cdot x_2 +m_3\cdot x_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
È
\(Y_{CM}=\frac{m_1\cdot y_1+m_2\cdot y_2 +m_3\cdot y_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
Xcm è la posizione del centro di massa del sistema particellare sull'asse orizzontale.
sicm è la posizione del centro di massa del sistema particellare sull'asse verticale.
M1, M2 È M3 sono le masse delle particelle.
X1, X2 È X3 sono le posizioni delle particelle sull'asse orizzontale.
si1, si2 È si3 sono le posizioni delle particelle sull'asse verticale.
→ Formula della leva
\(F_p\cpunto d_p=F_r\cpunto d_r\)
FP è la forza potente, misurata in Newton [N].
DP è la distanza della forza potente, misurata in metri [m].
FR è la forza resistente, misurata in Newton [N].
DR è la distanza della forza resistente, misurata in metri [m].
→ Formule di coppia
\(τ=r\cdot F\cdot sinθ\)
τ è la coppia prodotta, misurata in N∙m.
R è la distanza dall'asse di rotazione, detto anche braccio di leva, misurata in metri [m].
F è la forza prodotta, misurata in Newton [NO].
θ è l'angolo tra la distanza e la forza, misurato in gradi [°].
Quando l'angolo è di 90º, la formula della coppia può essere rappresentata da:
\(τ=r\cdot F\)
τ è la coppia prodotta, misurata in [N∙m].
R è la distanza dall'asse di rotazione, detto anche braccio di leva, misurata in metri [m].
F è la forza prodotta, misurata in Newton [NO].
→ Formula del momento angolare
\(L=r\cdot p\cdot sinθ\)
l è il momento angolare, misurato in [kg∙m2/S].
R è la distanza tra l'oggetto e l'asse di rotazione o raggio, misurata in metri [m].
P è il momento lineare, misurato in [kg∙m/s].
θ è l'angolo tra R È Q, misurata in gradi [°].
Saperne di più: Idrostatica — branca della fisica che studia i fluidi in condizioni di equilibrio statico
Esercizi risolti sulla statica
01) (UFRRJ-RJ) Nella figura sottostante, supponiamo che il ragazzo stia spingendo la porta con una forza FM = 5 N, agente ad una distanza di 2 m dalle cerniere (asse di rotazione), e che l'uomo eserciti una forza FH = 80 N, ad una distanza di 10 cm dall'asse di rotazione.
A queste condizioni si può affermare che:
a) la porta girerebbe nella direzione di chiusura.
b) la porta girerebbe nella direzione di apertura.
c) la porta non ruota in nessuna direzione.
d) il valore del momento applicato alla porta dall'uomo è maggiore del valore del momento applicato dal ragazzo.
e) la porta girerebbe nel senso di essere chiusa, perché la massa dell'uomo è maggiore della massa del ragazzo.
Risoluzione:
Alternativa B. La porta girerebbe nella direzione di apertura. Per farlo basta calcolare la coppia dell'uomo, attraverso la formula:
\(τ_h=r\cdot F\)
\(τ_h=0.1\cdot80\)
\(τ_h=8N\cpunto m\)
E il ragazzo coppia:
\(τ_m=r\cdot F\)
\(τ_m=2\cdot 5\)
\(τ_m=10N\cpunto m\)
Quindi, puoi vedere che la coppia del ragazzo è maggiore della coppia dell'uomo, quindi la porta si sta aprendo.
02) (Enem) In un esperimento, un insegnante ha portato in classe un sacco di riso, un pezzo di legno triangolare e una sbarra di ferro cilindrica e omogenea. Ha proposto di misurare la massa della barra usando questi oggetti. Per questo, gli studenti hanno fatto dei segni sulla barra, dividendola in otto parti uguali e poi appoggiandola la base triangolare, con il sacchetto di riso appeso ad una delle sue estremità, fino al raggiungimento dell'equilibrio.
In questa situazione, qual era la massa della sbarra ottenuta dagli studenti?
a) 3,00 kg
b) 3,75 kg
c) 5,00 kg
d) 6,00 kg
e) 15,00 kg
Risoluzione:
Alternativa E. Calcoleremo la massa della sbarra ottenuta dagli studenti, attraverso la formula della leva, in cui confrontiamo la forza potente con la forza resistente:
\(F_p\cpunto d_p=F_r\cpunto d_r\)
La forza che esercita il riso è quella che resiste al movimento della barra, quindi:
\(F_p\cdot d_p=F_{riso}\cdot d_{riso}\)
La forza che agisce sul riso e la forza potente è la forza peso, quindi:
\(P_p\cdot d_p=P_{riso}\cdot d_{riso}\)
\(m_pg\cdot d_p=m_{riso}\cdot g\cdot d_{riso}\)
\(m_p\cdot10\cdot1=5\cdot10\cdot3\)
\(m_p\cdot10=150\)
\(m_p=\frac{150}{10}\)
\(m_p=15 kg\)
Fonti
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jerl. Fondamenti di fisica: Meccanica.8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.
NUSSENZVEIG, Herch Moyses. corso base di fisica: Meccanica (vol. 1). 5 ed. So Paulo: Blucher, 2015.
