א סטָטִי וה תחום המכניקה הקלאסית אחראי לחקר מערכות של חלקיקים או גופים קשיחים במצב של שיווי משקל. בתחום זה אנו לומדים מושגים כמו מרכז מסה, מומנט, תנע זוויתי, מנוף ואיזון.
קראו גם: קינמטיקה - תחום מכניקה החוקר את תנועתם של גופים
סיכום על סטטי
- לימוד הסטטיקה מאפשר בנייה ויציבות של מבנים, גשרים, מכוניות, אנדרטאות, נדנדות ועוד ועוד.
- בסטטיקה נלמדים המושגים והיישומים של מרכז מסה, איזון, מנוף, מומנט, תנע זוויתי.
- מרכז המסה מחושב באמצעות הממוצע האריתמטי של מסת החלקיקים ומיקומם במערכת.
- מומנט מחושב כמכפלת הכוח המופק, זרוע המנוף והזווית בין המרחק לכוח.
- תנע זוויתי מחושב כמכפלת המרחק של העצם מציר הסיבוב, התנע הליניארי והזווית בין המרחק לתנע הליניארי.
מה חוקרת סטטיקה?
המחקרים הסטטיים גופים נוקשים או חלקיקים במנוחה, להיות סטטי, כי הכוחות והרגעים שלהם מבטלים זה את זה לכל הכיוונים, מעורר את האיזון, עם
זה נוכל לקבוע את הכוחות הפנימיים שנמצאים על המערכת הזו.
בשביל מה זה סטטי?
חקר הסטטיקה הוא נרחב מיושם בבניית גשרים, מבנים, בתים, רהיטים, מכוניות, דלתות, חלונות, לבסוף, כל מה שצריך איזון. O לימוד מנופים מאפשר לך להבין ולייצר מריצות, פטישים, מפצחי אגוזים, ווי בצק, חכות, נדנדות ועוד ועוד. בנוסף, חקר המומנטום הזוויתי מאפשר לשפר את הסיבובים של סקייטרים, גלגלי אופניים וכיסאות מסתובבים.
ראה גם: מהו המושג כוח?
מושגים סטטיים חשובים
- מרכז המסה: זוהי הנקודה שבה כל המסה של מערכת פיזיקלית או חלקיק מצטברת. זה לא תמיד בגוף, כמו במקרה של טבעת, שבה שלה
- מרכז המסה נמצא במרכז, שם אין חומר. למידע נוסף על מושג זה, לחץ כאן.
- איזון: הוא המצב שבו סכום כל הכוחות והמומנטים בגוף הוא אפס, מה ששומר על הגוף ללא שינוי.
-
מָנוֹף: זוהי מכונה פשוטה המסוגלת לפשט את הביצוע של משימה, והיא יכולה להיות משולבת, אינטרפוטנטית ועמידה.
- א מָנוֹףאינטרפיקס יש לו את נקודת התמיכה בין הכוח החזק לכוח העמיד, כמו במקרה של מספריים, צבת, נדנדה ופטיש.
- א מָנוֹףעמיד יש לו את הכוח העמיד בין הכוח החזק לנקודת המשען, כמו במקרה של מפצח האגוזים, פותחן הבקבוקים, המריצה.
- א מָנוֹףאינטרפוטנטית יש לו את הכוח העוצמתי בין הכוח העמיד לנקודת המשען, כמו במקרה של פינצטה, קוצץ ציפורניים, כמה תרגילי פיתוח גוף.
- עֲנָק: הנקרא גם רגע של כוח, הוא גודל פיזיקלי המתרחש כאשר אנו מפעילים כוח על גוף המסוגל להסתובב, להסתובב, כמו לפתוח דלת מסתובבת. למד עוד על מושג זה על ידי לחיצה כאן.
- רגע זוויתי: זוהי כמות פיזית המודיעה על כמות התנועה של גופים שמסתובבים, מסתובבים או עושים עיקולים.
נוסחאות עיקריות של סטטיקה
← נוסחאות מרכז המסה
\(X_{CM}=\frac{m_1\cdot x_1+m_2\cdot x_2 +m_3\cdot x_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
זה
\(Y_{CM}=\frac{m_1\cdot y_1+m_2\cdot y_2 +m_3\cdot y_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
איקסס"מ הוא המיקום של מרכז המסה של מערכת החלקיקים על הציר האופקי.
yס"מ הוא המיקום של מרכז המסה של מערכת החלקיקים על הציר האנכי.
M1, M2 זה M3 הם המסות של החלקיקים.
איקס1, איקס2 זה איקס3 הם מיקומם של החלקיקים על הציר האופקי.
y1, y2 זה y3 הם מיקומם של החלקיקים על הציר האנכי.
← נוסחת מנוף
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
ופ הוא הכוח החזק, הנמדד בניוטון [N].
דפ הוא המרחק של הכוח החזק, נמדד במטרים [m].
ור הוא כוח ההתנגדות, הנמדד בניוטון [N].
דר הוא המרחק של כוח ההתנגדות, נמדד במטרים [m].
← נוסחאות מומנט
\(τ=r\cdot F\cdot sinθ\)
τ הוא המומנט שנוצר, נמדד ב נ∙מ.
ר הוא המרחק מציר הסיבוב, הנקרא גם זרוע המנוף, נמדד במטרים [מ'].
ו הוא הכוח שנוצר, נמדד בניוטון [לא].
θ היא הזווית בין המרחק לכוח, הנמדדת במעלות [°].
כאשר הזווית היא 90º, ניתן לייצג את נוסחת המומנט על ידי:
\(τ=r\cdot F\)
τ הוא המומנט שנוצר, נמדד ב-[N∙m].
ר הוא המרחק מציר הסיבוב, הנקרא גם זרוע המנוף, נמדד במטרים [מ'].
ו הוא הכוח שנוצר, נמדד בניוטון [לא].
← נוסחת מומנטום זוויתי
\(L=r\cdot p\cdot sinθ\)
ל הוא התנע הזוויתי, הנמדד ב- [kg∙m2/s].
ר הוא המרחק בין העצם לציר הסיבוב או הרדיוס, נמדד במטרים [מ'].
פ הוא התנע הליניארי, הנמדד ב-[ק"ג∙m/s].
θ היא הזווית בין ה ר זה ש, נמדד במעלות [°].
יודע יותר: הידרוסטטיקה - ענף של הפיזיקה החוקר נוזלים בתנאים של שיווי משקל סטטי
פתרו תרגילים על סטטיקה
01) (UFRRJ-RJ) באיור למטה, נניח שהילד דוחף את הדלת בכוח FM = 5 N, הפועל במרחק של 2 מ' מהצירים (ציר הסיבוב), ושהאדם מפעיל כוח Fח = 80 N, במרחק של 10 ס"מ מציר הסיבוב.
בתנאים אלה, ניתן לקבוע כי:
א) הדלת תסתובב לכיוון סגירתה.
ב) הדלת תסתובב לכיוון הפתיחה.
ג) הדלת אינה מסתובבת לשום כיוון.
ד) ערך הרגע שהוחל על הדלת על ידי הגבר גדול משווי הרגע שהופעל על ידי הנער.
ה) הדלת הייתה מסתובבת לכיוון סגירתה, כי מסת הגבר גדולה ממסה הנער.
פתרון הבעיה:
חלופה ב'. הדלת תסתובב לכיוון הפתיחה. כדי לעשות זאת, פשוט חשב את המומנט של האיש, באמצעות הנוסחה:
\(τ_h=r\cdot F\)
\(τ_h=0.1\cdot80\)
\(τ_h=8N\cdot m\)
והמומנט של הילד:
\(τ_m=r\cdot F\)
\(τ_m=2\cdot 5\)
\(τ_m=10N\cdot m\)
אז אתה יכול לראות שהמומנט של הילד גדול מהמומנט של הגבר, אז הדלת נפתחת.
02) (אנם) בניסוי, מורה לקחה לכיתה שקית אורז, חתיכת עץ משולשת ומוט ברזל גלילי והומוגני. הוא הציע למדוד את המסה של המוט באמצעות עצמים אלה. לשם כך, התלמידים סימנו על המוט, מחלקים אותו לשמונה חלקים שווים, ולאחר מכן תמכו בו הבסיס המשולש, כאשר שקית האורז תלויה מאחד מקצוותיו, עד שמגיעים לשיווי משקל.
במצב זה, מה הייתה המסה של הסרגל שקיבלו התלמידים?
א) 3.00 ק"ג
ב) 3.75 ק"ג
ג) 5.00 ק"ג
ד) 6.00 ק"ג
ה) 15.00 ק"ג
פתרון הבעיה:
אלטרנטיבה E. נחשב את מסת המוט שהתקבלו על ידי התלמידים, באמצעות נוסחת המנוף, בה נשווה את הכוח החזק עם הכוח העמיד:
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
הכוח שהאורז מפעיל הוא זה שמתנגד לתנועת המוט, אז:
\(F_p\cdot d_p=F_{אורז}\cdot d_{אורז}\)
הכוח הפועל על האורז והכוח החזק הוא כוח המשקל, אז:
\(P_p\cdot d_p=P_{אורז}\cdot d_{אורז}\)
\(m_pg\cdot d_p=m_{אורז}\cdot g\cdot d_{אורז}\)
\(m_p\cdot10\cdot1=5\cdot10\cdot3\)
\(m_p\cdot10=150\)
\(m_p=\frac{150}{10}\)
\(m_p=15 kg\)
מקורות
HALLIDAY, דייוויד; רזניק, רוברט; ווקר, ג'רל. יסודות הפיזיקה: מכניקה.8. ed. ריו דה ז'נרו, RJ: LTC, 2009.
NUSSENZVEIG, Herch Moyses. קורס פיזיקה בסיסי: מכניקה (כרך 1). 5 מהדורה. אז פאולו: בלוצ'ר, 2015.