A statisk och den inom klassisk mekanik ansvarig för att studera system av partiklar eller stela kroppar i ett tillstånd av jämvikt. Inom detta område studerar vi begrepp som masscentrum, vridmoment, rörelsemängd, spak och balans.
Läs också: Kinematik — Mekanikområde som studerar kroppars rörelse
sammanfattning om statisk
- Studiet av statik möjliggör konstruktion och stabilitet av byggnader, broar, bilar, monument, gungbrädor och mycket mer.
- Inom statik studeras begreppen och tillämpningarna av masscentrum, balans, spak, vridmoment, rörelsemängd.
- Massans centrum beräknas genom det aritmetiska medelvärdet av partiklarnas massa och deras positioner i systemet.
- Vridmomentet beräknas som produkten av den producerade kraften, hävarmen och vinkeln mellan avståndet och kraften.
- Vinkelmomentum beräknas som produkten av objektets avstånd från rotationsaxeln, det linjära momentet och vinkeln mellan avståndet och det linjära momentet.
Vad studerar statik?
De statiska studierna stela kroppar eller partiklar i vila
, vara statisk, eftersom deras krafter och ögonblick tar ut varandra i alla riktningar, framkalla balansen, meddetta kan vi bestämma de inre krafterna som finns på detta system.
Vad är statiskt för?
Studiet av statik är brett tillämpas vid konstruktion av broar, byggnader, hus, möbler, bilar, dörrar, fönster, slutligen allt som behöver balans. O studie av spakar låter dig förstå och tillverka skottkärror, hammare, nötknäppare, degkrokar, fiskespön, gungbrädor och mycket mer. Dessutom gör studiet av vinkelmoment det möjligt att förbättra svängarna för skridskoåkare, cykelhjul och snurrstolar.
Se också: Vad är begreppet styrka?
Viktiga statiska begrepp
- Masscentrum: Det är den punkt där all massa av ett fysiskt system eller partikel ackumuleras. Det är inte alltid i kroppen, som i fallet med en ring, där dess
- masscentrum är i centrum, där det inte finns något material. För att lära dig mer om detta koncept, klicka här.
- Balans: är den situation där summan av alla krafter och moment på en kropp är noll, vilket håller kroppen oförändrad.
-
Spak: Det är en enkel maskin som kan förenkla utförandet av en uppgift och kan vara interfixerad, interpotent och inter-resistent.
- A spakinterfix den har stödpunkten mellan den potenta kraften och den motståndskraftiga kraften, vilket är fallet med sax, tång, gungbräda och hammare.
- A spakinterresistent den har den motståndskraftiga kraften mellan den potenta kraften och stödpunkten, vilket är fallet med nötknäpparen, flasköppnaren, skottkärran.
- A spakinterpotent den har den kraftfulla kraften mellan den motståndskraftiga kraften och stödpunkten, som är fallet med pincett, nagelklippare, vissa bodybuildingövningar.
- Vridmoment: även kallat kraftmoment, är en fysisk storhet som uppstår när vi applicerar en kraft på en kropp som kan rotera, vrida sig, som att öppna en svängdörr. Läs mer om detta koncept genom att klicka här.
- Vinkelmoment: Det är en fysisk storhet som informerar om mängden rörelser hos kroppar som roterar, roterar eller gör kurvor.
Huvudformler för statik
→ Masscentrumformler
\(X_{CM}=\frac{m_1\cdot x_1+m_2\cdot x_2 +m_3\cdot x_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
Det är
\(Y_{CM}=\frac{m_1\cdot y_1+m_2\cdot y_2 +m_3\cdot y_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
xcentimeter är läget för partikelsystemets masscentrum på den horisontella axeln.
ycentimeter är läget för partikelsystemets masscentrum på den vertikala axeln.
m1, m2 Det är m3 är massan av partiklarna.
x1, x2 Det är x3 är positionerna för partiklarna på den horisontella axeln.
y1, y2 Det är y3 är positionerna för partiklarna på den vertikala axeln.
→ Spakformel
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
FP är den potenta kraften, mätt i Newton [N].
dP är avståndet för den potenta kraften, mätt i meter [m].
Fr är motståndskraften, mätt i Newton [N].
dr är avståndet för motståndskraften, mätt i meter [m].
→ Vridmomentformler
\(τ=r\cdot F\cdot sinθ\)
τ är det vridmoment som produceras, mätt i N∙m.
r är avståndet från rotationsaxeln, även kallad hävarm, mätt i meter [m].
F är kraften som produceras, mätt i Newton [Nej].
θ är vinkeln mellan avståndet och kraften, mätt i grader [°].
När vinkeln är 90º kan vridmomentformeln representeras av:
\(τ=r\cdot F\)
τ är det producerade vridmomentet, mätt i [N∙m].
r är avståndet från rotationsaxeln, även kallad hävarm, mätt i meter [m].
F är kraften som produceras, mätt i Newton [Nej].
→ Vinkelmomentformel
\(L=r\cdot p\cdot sinθ\)
L är rörelsemängden, mätt i [kg∙m2/s].
r är avståndet mellan objektet och rotationsaxeln eller radien, mätt i meter [m].
P är den linjära rörelsemängden, mätt i [kg∙m/s].
θ är vinkeln mellan r Det är F, mätt i grader [°].
Veta mer: Hydrostatik — gren av fysik som studerar vätskor under förhållanden med statisk jämvikt
Lösta övningar om statik
01) (UFRRJ-RJ) I bilden nedan, anta att pojken trycker på dörren med en kraft Fm = 5 N, som verkar på ett avstånd av 2 m från gångjärnen (rotationsaxel), och att mannen utövar en kraft FH = 80 N, på ett avstånd av 10 cm från rotationsaxeln.
Under dessa förhållanden kan det konstateras att:
a) dörren skulle vridas i stängningsriktningen.
b) dörren skulle vridas i den riktning som den öppnades.
c) dörren roterar inte i någon riktning.
d) värdet av det ögonblick som mannen applicerade på dörren är större än värdet av det ögonblick som pojken använt.
e) dörren skulle vridas i stängningsriktningen, eftersom mannens massa är större än pojkens massa.
Upplösning:
Alternativ B. Dörren skulle vridas i riktning mot att öppnas. För att göra detta, beräkna bara vridmomentet för mannen genom formeln:
\(τ_h=r\cdot F\)
\(τ_h=0.1\cdot80\)
\(τ_h=8N\cdot m\)
Och pojkens vridmoment:
\(τ_m=r\cdot F\)
\(τ_m=2\cdot 5\)
\(τ_m=10N\cdot m\)
Så du kan se att pojkens vridmoment är större än mannens vridmoment, så dörren öppnas.
02) (Enem) I ett experiment tog en lärare till klassrummet en påse ris, en trekantig träbit och en cylindrisk och homogen järnstång. Han föreslog att de skulle mäta stångens massa med hjälp av dessa föremål. För detta gjorde eleverna märken på stången, delade den i åtta lika delar och sedan stödde den på den triangulära basen, med påsen med ris hängande från ena änden, tills jämvikt uppnås.
I den här situationen, hur stor var massan av stapeln som eleverna fick?
a) 3,00 kg
b) 3,75 kg
c) 5,00 kg
d) 6,00 kg
e) 15,00 kg
Upplösning:
E alternativ. Vi kommer att beräkna massan på stången som erhållits av eleverna, genom spakens formel, där vi jämför den potenta kraften med den motståndskraftiga kraften:
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
Kraften som riset utövar är det som motstår stångens rörelse, så:
\(F_p\cdot d_p=F_{ris}\cdot d_{ris}\)
Kraften som verkar på riset och den potenta kraften är viktkraften, så:
\(P_p\cdot d_p=P_{ris}\cdot d_{ris}\)
\(m_pg\cdot d_p=m_{ris}\cdot g\cdot d_{ris}\)
\(m_p\cdot10\cdot1=5\cdot10\cdot3\)
\(m_p\cdot10=150\)
\(m_p=\frac{150}{10}\)
\(m_p=15 kg\)
Källor
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fysikens grunder: Mekanik.8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.
NUSSENZVEIG, Herch Moyses. grundläggande fysikkurs: Mekanik (vol. 1). 5 uppl. Så Paulo: Blucher, 2015.
