А статический и область классической механики отвечает за изучение систем частиц или твердых тел в состоянии равновесия. В этой области мы изучаем такие понятия, как центр масс, крутящий момент, угловой момент, рычаг и равновесие.
Читайте также: Кинематика — область механики, изучающая движение тел.
резюме о статике
- Изучение статики делает возможным строительство и устойчивость зданий, мостов, автомобилей, памятников, качелей и многого другого.
- В статике изучаются понятия и приложения центра масс, баланса, рычага, крутящего момента, момента количества движения.
- Центр масс вычисляется через среднее арифметическое массы частиц и их положения в системе.
- Крутящий момент рассчитывается как произведение создаваемой силы, плеча рычага и угла между расстоянием и силой.
- Угловой момент рассчитывается как произведение расстояния объекта от оси вращения, линейного импульса и угла между расстоянием и линейным импульсом.
Что изучает статика?
Статические исследования твердые тела или частицы в состоянии покоя,
быть статичным, потому что их силы и моменты компенсируют друг друга во всех направлениях, провоцирование баланса, сэто мы можем определить внутренние силы, которые действуют на эту систему.
Для чего нужна статика?
Изучение статики широко применяется в строительстве мостов, зданий, домов, мебели, автомобилей, дверей, окон, наконец, все, что требует баланса. О изучение рычагов позволяет понять и изготовить тачки, молотки, щелкунчики, крюки для теста, удочки, качели и многое другое. Кроме того, изучение углового момента позволяет улучшить повороты конькобежцев, велосипедных колес и вращающихся кресел.
Смотрите также: Каково понятие силы?
Важные статические концепции
- Центр массы: Это точка, в которой скапливается вся масса физической системы или частицы. Он не всегда находится в корпусе, как в случае с кольцом, в котором его
- центр масс находится в центре, где нет материала. Чтобы узнать больше об этой концепции, нажмите здесь.
- Баланс: это ситуация, в которой сумма всех сил и моментов, действующих на тело, равна нулю, сохраняя тело неизменным.
-
Рычаг: Это простая машина, способная упростить выполнение задачи, и может быть взаимосвязанной, взаимодействующей и взаимозащищенной.
- А рычагинтерфикс он имеет точку опоры между потенциальной силой и силой сопротивления, как в случае ножниц, плоскогубцев, качелей и молотка.
- А рычагвзаимостойкий у него есть сила сопротивления между потенциальной силой и точкой опоры, как в случае с щелкунчиком, открывалкой для бутылок, тачкой.
- А рычагвзаимодействующий он имеет мощную силу между силой сопротивления и точкой опоры, как в случае с пинцетом, кусачками для ногтей, некоторыми упражнениями бодибилдинга.
- Крутящий момент: также называемый моментом силы, представляет собой физическую величину, возникающую, когда мы прикладываем силу к телу, способному вращаться, поворачиваться, подобно открыванию вращающейся двери. Узнайте больше об этой концепции, нажав здесь.
- Угловой момент: Это физическая величина, которая сообщает о количестве движения тел, которые вращаются, вращаются или делают кривые.
Основные формулы статики
→ Формулы центра масс
\(X_{CM}=\frac{m_1\cdot x_1+m_2\cdot x_2 +m_3\cdot x_3}{m_1+m_2+m_3}\)
Это
\(Y_{CM}=\frac{m_1\cdot y_1+m_2\cdot y_2 +m_3\cdot y_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
Икссм - положение центра масс системы частиц на горизонтальной оси.
усм - положение центра масс системы частиц на вертикальной оси.
м1, м2 Это м3 - массы частиц.
Икс1, Икс2 Это Икс3 - положения частиц на горизонтальной оси.
у1, у2 Это у3 - положения частиц на вертикальной оси.
→ Формула рычага
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
Фп - потенциальная сила, измеряемая в Ньютонах [Н].
гп расстояние действия потенциальной силы, измеренное в метрах [м].
Фр сила сопротивления, измеренная в ньютонах [Н].
гр расстояние силы сопротивления, измеренное в метрах [м].
→ Формулы крутящего момента
\(τ=r\cdot F\cdot sinθ\)
τ крутящий момент, измеренный в Н∙м.
р расстояние от оси вращения, также называемое плечом рычага, измеряемое в метрах [м].
Ф это производимая сила, измеренная в Ньютонах [Нет].
θ угол между расстоянием и силой, измеренный в градусах [°].
Когда угол равен 90º, формула крутящего момента может быть представлена следующим образом:
\(τ=r\cdot F\)
τ - создаваемый крутящий момент, измеренный в [Н∙м].
р расстояние от оси вращения, также называемое плечом рычага, измеряемое в метрах [м].
Ф это производимая сила, измеренная в Ньютонах [Нет].
→ Формула углового момента
\(L=r\cdot p\cdot sinθ\)
л угловой момент, измеренный в [кг∙м2/с].
р расстояние между объектом и осью вращения или радиусом, измеренное в метрах [м].
п линейный импульс, измеренный в [кг∙м/с].
θ это угол между р Это Вопрос, измеряется в градусах [°].
Узнать больше: Гидростатика — раздел физики, изучающий жидкости в условиях статического равновесия.
Решаемые упражнения на статику
01) (UFRRJ-RJ) На рисунке ниже предположим, что мальчик толкает дверь с силой Fм = 5 Н, действующей на расстоянии 2 м от шарниров (оси вращения), и что человек прикладывает силу FЧАС = 80 Н, на расстоянии 10 см от оси вращения.
В этих условиях можно констатировать, что:
а) дверь будет поворачиваться в сторону закрытия.
б) дверь будет поворачиваться в сторону открывания.
в) дверь не вращается ни в какую сторону.
г) значение момента, приложенного к двери мужчиной, больше значения момента, приложенного мальчиком.
д) дверь будет поворачиваться в сторону закрытия, потому что масса мужчины больше массы мальчика.
Разрешение:
Альтернатива Б. Дверь будет поворачиваться в сторону открывания. Для этого достаточно рассчитать крутящий момент человека по формуле:
\(τ_h=r\cdot F\)
\(τ_h=0,1\cdot80\)
\(τ_h=8N\cdot м\)
И мальчик крутящий момент:
\(τ_m=r\cdot F\)
\(τ_m=2\cdot 5\)
\(τ_m=10N\cdot м\)
Итак, вы видите, что крутящий момент мальчика больше, чем крутящий момент мужчины, поэтому дверь открывается.
02) (Энем) В ходе эксперимента учитель взял в класс мешок с рисом, треугольный кусок дерева и цилиндрический и однородный железный брусок. Он предложил измерять массу стержня с помощью этих предметов. Для этого ученики делали отметки на перекладине, разделив ее на восемь равных частей, а затем поддерживая ее на треугольное основание с мешком риса, свисающим с одного из его концов, пока не будет достигнуто равновесие.
Какую массу бруска получили в этой ситуации студенты?
а) 3,00 кг
б) 3,75 кг
в) 5,00 кг
г) 6,00 кг
д) 15,00 кг
Разрешение:
альтернатива Е. Рассчитаем массу бруска, полученного учащимися, по формуле рычага, в которой сравним действующую силу с силой сопротивления:
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
Сила, которую оказывает рис, — это то, что сопротивляется движению стержня, поэтому:
\(F_p\cdot d_p=F_{рис}\cdot d_{рис}\)
Сила, действующая на рис, и потенциальная сила - это сила веса, поэтому:
\(P_p\cdot d_p=P_{рис}\cdot d_{рис}\)
\(m_pg\cdot d_p=m_{рис}\cdot g\cdot d_{рис}\)
\(m_p\cdot10\cdot1=5\cdot10\cdot3\)
\(m_p\cdot10=150\)
\(m_p=\frac{150}{10}\)
\(м_р=15 кг\)
Источники
ХОЛЛИДЕЙ, Дэвид; РЕЗНИК, Роберт; УОКЕР, Джерл. Основы физики: Механика.8. изд. Рио-де-Жанейро, RJ: LTC, 2009.
НУССЕНЦВЕЙГ, Херч Мойзес. базовый курс физики: Механика (т. 1). 5 изд. Со Пауло: Блюхер, 2015.