А статичний і галузі класичної механіки відповідає за вивчення систем частинок або твердих тіл у стані рівноваги. У цій галузі ми вивчаємо такі поняття, як центр мас, крутний момент, кутовий момент, важіль і баланс.
Читайте також: Кінематика — розділ механіки, що вивчає рух тіл
резюме про статику
- Вивчення статики робить можливим будівництво та стійкість будівель, мостів, автомобілів, пам'ятників, гойдалок та багато іншого.
- У статиці вивчаються поняття та застосування центру мас, рівноваги, важеля, крутного моменту, моменту імпульсу.
- Центр маси обчислюється через середнє арифметичне маси частинок та їх положення в системі.
- Крутний момент розраховується як добуток створеної сили, плеча важеля та кута між відстанню та силою.
- Кутовий момент обчислюється як добуток відстані об’єкта від осі обертання, лінійного моменту та кута між відстанню та лінійним моментом.
Що вивчає статика?
Статичні дослідження тверді тіла або частинки в спокої, бути статичним, оскільки їхні сили та моменти компенсують одна одну в усіх напрямках, провокуючи рівновагу, с
це ми можемо визначити внутрішні сили, які діють на цю систему.
Для чого потрібна статика?
Вивчення статики має широке поширення застосовується при будівництві мостів, будівель, будинків, меблів, автомобілів, дверей, вікон, нарешті все, що потребує балансу. О вивчення важелів дозволяє розібратися та виготовити тачки, молотки, лускунчики, гачки для тіста, вудки, гойдалки та багато іншого. Крім того, вивчення моменту імпульсу дозволяє поліпшити повороти ковзанів, велосипедних коліс і поворотних крісел.
Дивіться також: Що таке поняття сили?
Важливі статичні поняття
- Центр маси: Це точка, в якій накопичується вся маса фізичної системи або частинки. Він не завжди знаходиться в тілі, як у випадку з кільцем, в якому його
- центр мас знаходиться в центрі, де немає матеріалу. Щоб дізнатися більше про цю концепцію, натисніть тут.
- Баланс: це ситуація, коли сума всіх сил і моментів, що діють на тіло, дорівнює нулю, залишаючи тіло незмінним.
-
Важіль: Це проста машина, здатна спростити виконання завдання, і може бути взаємофіксованою, взаємопотентною та взаємостійкою.
- А важільінтерфікс він має точку опори між сильною силою та силою опору, як у випадку з ножицями, плоскогубцями, гойдалками та молотком.
- А важільміжстійкий він має силу опору між сильною силою та точкою опори, як у випадку з горіхівником, відкривачкою для пляшок, тачкою.
- А важільінтерпотентний він має потужну силу між силою опору та точкою опори, як у випадку з пінцетом, кусачками для нігтів, деякими вправами для бодібілдингу.
- Крутний момент: також званий моментом сили, це фізична величина, яка виникає, коли ми прикладаємо силу до тіла, здатного обертатися, повертатися, як відкривати поворотні двері. Дізнайтеся більше про цю концепцію, натиснувши тут.
- Кутовий момент: Це фізична величина, яка інформує про величину руху тіл, які обертаються, обертаються або утворюють криві.
Основні формули статики
→ Формули центру мас
\(X_{CM}=\frac{m_1\cdot x_1+m_2\cdot x_2 +m_3\cdot x_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
Це є
\(Y_{CM}=\frac{m_1\cdot y_1+m_2\cdot y_2 +m_3\cdot y_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
xсм – положення центра мас системи частинок на горизонтальній осі.
рсм – положення центра мас системи частинок на вертикальній осі.
м1, м2 Це є м3 – це маси частинок.
x1, x2 Це є x3 – положення частинок на горизонтальній осі.
р1, р2 Це є р3 – положення частинок на вертикальній осі.
→ Формула важеля
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
ФП потужна сила, виміряна в Ньютонах [Н].
dП це відстань потужної сили, виміряна в метрах [м].
Фr сила опору, виміряна в Ньютонах [Н].
dr це відстань сили опору, виміряна в метрах [м].
→ Формули крутного моменту
\(τ=r\cdot F\cdot sinθ\)
τ - створений крутний момент, виміряний в Н∙м.
r це відстань від осі обертання, яка також називається плечем важеля, вимірюється в метрах [м].
Ф це створена сила, виміряна в Ньютонах [Немає].
θ це кут між відстанню та силою, виміряний у градусах [°].
Коли кут дорівнює 90º, формула крутного моменту може бути представлена так:
\(τ=r\cdot F\)
τ — створений крутний момент, виміряний у [Н∙м].
r це відстань від осі обертання, яка також називається плечем важеля, вимірюється в метрах [м].
Ф це створена сила, виміряна в Ньютонах [Немає].
→ Формула кутового моменту
\(L=r\cdot p\cdot sinθ\)
Л кутовий момент, виміряний у [кг∙м2/s].
r це відстань між об'єктом і віссю обертання або радіусом, виміряна в метрах [м].
П лінійний момент, виміряний у [кг∙м/с].
θ це кут між r Це є Q, вимірюється в градусах [°].
Дізнайтеся більше: Гідростатика — розділ фізики, що вивчає рідини в умовах статичної рівноваги
Розв'язані вправи зі статики
01) (UFRRJ-RJ) Припустимо, що на малюнку нижче хлопчик штовхає двері із силою Fм = 5 Н, що діє на відстані 2 м від шарнірів (осі обертання), і що людина прикладає силу FХ = 80 Н, на відстані 10 см від осі обертання.
За цих умов можна стверджувати, що:
а) двері будуть повертатися в напрямку зачинення.
б) двері поверталися б у напрямку відкривання.
в) двері не повертаються ні в одну сторону.
г) значення моменту, прикладеного чоловіком до дверей, більше значення моменту, прикладеного хлопчиком.
д) двері поверталися б у бік зачинення, тому що маса людини більша за масу хлопчика.
роздільна здатність:
Альтернатива Б. Двері будуть повертатися в напрямку відкриття. Для цього просто обчисліть крутний момент людини за формулою:
\(τ_h=r\cdot F\)
\(τ_h=0,1\cdot80\)
\(τ_h=8N\cdot м\)
І крутний момент хлопчика:
\(τ_m=r\cdot F\)
\(τ_m=2\cdot 5\)
\(τ_m=10N\cdot м\)
Отже, ви бачите, що крутний момент хлопчика більший, ніж крутний момент чоловіка, тому двері відчиняються.
02) (Enem) Під час експерименту вчитель взяв до класу мішок рису, трикутний шматок дерева та циліндричний однорідний залізний брусок. Він запропонував виміряти масу бруска за допомогою цих предметів. Для цього учні робили позначки на бруску, розділяючи його на вісім рівних частин, а потім спираючи на нього трикутної основи з мішком рису, що звисає з одного з її кінців, доки не буде досягнуто рівноваги.
У цій ситуації яку масу бруска отримали учні?
а) 3,00 кг
б) 3,75 кг
в) 5,00 кг
г) 6,00 кг
д) 15,00 кг
роздільна здатність:
E альтернатива. Отриману учнями масу бруска будемо обчислювати за формулою важеля, в якій порівнюємо потужну силу із силою опору:
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
Сила, з якою діє рис, чинить опір руху бруска, тому:
\(F_p\cdot d_p=F_{рис}\cdot d_{рис}\)
Сила, що діє на рис, і потужна сила є силою ваги, тому:
\(P_p\cdot d_p=P_{рис}\cdot d_{рис}\)
\(m_pg\cdot d_p=m_{рис}\cdot g\cdot d_{рис}\)
\(m_p\cdot10\cdot1=5\cdot10\cdot3\)
\(m_p\cdot10=150\)
\(m_p=\frac{150}{10}\)
\(m_p=15 кг\)
Джерела
ХЕЛЛІДЕЙ, Девід; РЕЗНІК, Роберт; УОКЕР, Джерл. Основи фізики: Механіка.8. вид. Ріо-де-Жанейро, RJ: LTC, 2009.
НУССЕНЦВЕЙГ, Герч Мойсес. базовий курс фізики: Механіка (т. 1). 5 вид. Так Пауло: Блюхер, 2015.
