Statik ist die Wissenschaft der Methoden zur Quantifizierung der Wechselwirkungskraft zwischen Körpern. Diese Kräfte sind dafür verantwortlich, das Gleichgewicht zu h alten, Körper zu bewegen oder ihre Form zu verändern. Im Alltag sieht man jeden Tag viele verschiedene Beispiele. Bewegung und Formänderungen sind entscheidend für die Funktionalität von künstlichen und natürlichen Objekten.
Das Konzept der Statik
Die Grundlagen der Statik wurden vor über 2200 Jahren gelegt, als der antike griechische Mathematiker Archimedes und andere Wissenschaftler dieser Zeit verstärkende Eigenschaften untersuchten und einfache Mechanismen wie einen Hebel und eine Achse erfanden. Die Statik ist ein Teilgebiet der Mechanik, das sich mit den Kräften befasst, die auf ruhende Körper unter der Bedingung des Gleichgewichts einwirken.
Dies ist der Zweig der Physik, der die analytischen und grafischen Verfahren ermöglicht, die erforderlich sind, um diese unbekannten Kräfte zu identifizieren und zu beschreiben. Der Fachbereich "Statik" (Physik) spielt in vielen Bereichen des Ingenieurwesens, Maschinenbaus,Zivil-, Luftfahrt- und Bioingenieurwesen, die sich mit den unterschiedlichen Wirkungen von Kräften befassen. Wenn der Körper ruht oder sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bewegt, dann sprechen wir von diesem Bereich der Physik. Statik ist das Studium des Körpers im Gleichgewicht.
Die Methoden und Ergebnisse dieses Wissenschaftszweiges haben sich besonders beim Entwurf von Gebäuden, Brücken und Dämmen sowie Kränen und anderen ähnlichen mechanischen Geräten als nützlich erwiesen. Um die Abmessungen solcher Strukturen und Geräte berechnen zu können, müssen Architekten und Ingenieure zunächst die Kräfte bestimmen, die auf ihre miteinander verbundenen Teile einwirken.
Axiome der Statik
Statik ist ein Zweig der Physik, der die Bedingungen untersucht, unter denen mechanische und andere Systeme in einem bestimmten Zustand verbleiben, der sich mit der Zeit nicht ändert. Dieser Abschnitt der Physik basiert auf fünf grundlegenden Axiomen:
1. Ein starrer Körper befindet sich im statischen Gleichgewicht, wenn zwei gleich starke Kräfte auf ihn einwirken, auf derselben Wirkungslinie liegen und auf derselben Linie entgegengesetzt gerichtet sind.
2. Ein starrer Körper bleibt in einem statischen Zustand, bis er von äußeren Kräften oder einem System von Kräften beeinflusst wird.
3. Die Resultierende zweier Kräfte, die am selben Materialpunkt angreifen, ist gleich der Vektorsumme der beiden Kräfte. Dieses Axiom gehorcht dem Prinzip der Vektorsummierung.
4. Zwei wechselwirkende Körper reagieren aufeinander mit zwei Kräften gleicher Stärke in entgegengesetzten Richtungen entlang derselben Wirkungslinie. Dasdas Axiom wird auch das Prinzip von Aktion und Reaktion genannt.
5. Befindet sich ein verformbarer Körper in einem statischen Gleichgewichtszustand, wird er nicht gestört, wenn der physische Körper in einem festen Zustand bleibt. Dieses Axiom wird auch Erstarrungsprinzip genannt.
Mechanik und ihre Abschnitte
Physik bedeutet im Griechischen (physikos - "natürlich" und "physis" - "Natur") wörtlich die Wissenschaft, die sich mit der Natur befasst. Es umfasst alle bekannten Gesetze und Eigenschaften der Materie sowie die auf sie einwirkenden Kräfte, darunter Schwerkraft, Wärme, Licht, Magnetismus, Elektrizität und andere Kräfte, die die grundlegenden Eigenschaften von Objekten verändern können. Einer der Wissenschaftszweige ist die Mechanik, die so wichtige Teilgebiete wie Statik und Dynamik sowie Kinematik umfasst.
Die Mechanik ist ein Zweig der Physik, der sich mit Kräften, Objekten oder Körpern befasst, die in Ruhe oder in Bewegung sind. Es ist eine der größten Einrichtungen im Bereich Wissenschaft und Technologie. Zu den Aufgaben der Statik gehört die Untersuchung des Zustands von Körpern unter dem Einfluss verschiedener Kräfte. Kinematik ist ein Zweig der Physik (Mechanik), der die Bewegung von Objekten untersucht, unabhängig von den Kräften, die die Bewegung verursachen.
Theoretische Mechanik: Statik
Mechanik ist eine physikalische Wissenschaft, die das Verh alten von Körpern unter Einwirkung von Kräften betrachtet. Es gibt 3 Kategorien der Mechanik: absolut starre Körper, verformbare Körper und Flüssigkeiten. Ein starrer Körper ist ein Körper, der sich unter der Einwirkung von nicht verformtKräfte. Zur Theoretischen Mechanik (Statik - Teil der Mechanik eines absolut starren Körpers) gehört auch die Dynamik, die wiederum in Kinematik und Kinetik unterteilt wird.
Die Mechanik eines verformbaren Körpers beschäftigt sich mit der Kraftverteilung im Inneren des Körpers und den daraus resultierenden Verformungen. Diese inneren Kräfte verursachen bestimmte Spannungen im Körper, die schließlich zu einer Veränderung des Materials selbst führen können. Diese Fragestellungen werden in Festigkeitslehrveranst altungen behandelt.
Die Strömungsmechanik ist ein Teilgebiet der Mechanik, das sich mit der Verteilung von Kräften in Flüssigkeiten oder Gasen beschäftigt. Flüssigkeiten werden in der Technik häufig verwendet. Sie können als inkompressibel oder komprimierbar klassifiziert werden. Zu den Anwendungen gehören Hydraulik, Luft- und Raumfahrt und viele mehr.
Das Konzept der Dynamik
Dynamik beschäftigt sich mit Kraft und Bewegung. Die einzige Möglichkeit, die Bewegung eines Körpers zu verändern, ist die Anwendung von Gew alt. Neben der Kraft untersucht die Dynamik andere physikalische Konzepte, darunter die folgenden: Energie, Impuls, Kollision, Schwerpunkt, Drehmoment und Trägheitsmoment.
Statisch und dynamisch sind völlig entgegengesetzte Zustände. Dynamik ist die Lehre von Körpern, die nicht im Gleichgewicht sind und Beschleunigungen auftreten. Kinetik ist das Studium der Kräfte, die Bewegung verursachen, oder der Kräfte, die aus Bewegung resultieren. Im Gegensatz zu einem Begriff wie der Statik ist die Kinematik die Lehre von der Bewegung eines Körpers, die die Tatsache nicht berücksichtigtwie die Bewegung gemacht wird. Sie wird manchmal als "Geometrie der Bewegung" bezeichnet.
Kinematik
Kinematische Prinzipien werden oft angewendet, um die Bestimmung von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung in verschiedenen Teilen von Geräten während ihres Betriebs zu analysieren. Die Kinematik betrachtet die Bewegung eines Punktes, eines Körpers und eines Systems von Körpern, ohne die Ursachen der Bewegung zu berücksichtigen. Bewegung wird durch einen Vektor von Größen wie Verschiebung, Geschwindigkeit und Beschleunigung zusammen mit der Angabe eines Bezugsrahmens beschrieben. Mit der Bewegungsgleichung werden verschiedene Probleme der Kinematik gelöst.
Mechanik - Statik: Grundgrößen
Die Geschichte der Mechanik umfasst mehr als ein Jahrhundert. Die Grundprinzipien der Statik wurden vor langer Zeit entwickelt. Alle Arten von Hebeln, schiefen Ebenen und anderen Prinzipien wurden in den frühen Zivilisationen benötigt, um zum Beispiel so riesige Bauwerke wie die Pyramiden zu bauen.
Die Grundgrößen der Mechanik sind Länge, Zeit, Masse und Kraft. Die ersten drei heißen absolut, unabhängig voneinander. Kraft ist kein absoluter Wert, da sie mit Masse und Geschwindigkeitsänderungen zusammenhängt.
Länge
Länge ist ein Wert, der verwendet wird, um die Position eines Punktes im Raum relativ zu einem anderen Punkt zu beschreiben. Dieser Abstand wird als Standardlängeneinheit bezeichnet. Die allgemein anerkannte Standardeinheit für die Längenmessung ist der Meter. Diese Normüber die Jahre entwickelt und verbessert. Anfangs war es ein Zehnmillionstel des Quadranten der Erdoberfläche, mit dem es ziemlich schwierig war, Messungen durchzuführen. Am 20. Oktober 1983 wurde der Meter als die Länge der Strecke definiert, die Licht im Vakuum in 1/299.792.458 Sekunde zurücklegt.
Zeit
Zeit ist ein bestimmtes Intervall zwischen zwei Ereignissen. Die allgemein akzeptierte Standardzeiteinheit ist die Sekunde. Die Sekunde wurde ursprünglich als 1/86,4 der mittleren Rotationsperiode der Erde um ihre Achse definiert. 1956 wurde die Definition einer Sekunde auf 1/31,556 der Zeit verbessert, die die Erde für einen Umlauf um die Sonne benötigt.
Masse
Masse ist eine Eigenschaft der Materie. Es kann als die Menge an Materie angesehen werden, die im Körper enth alten ist. Diese Kategorie definiert die Wirkung der Schwerkraft auf den Körper und den Widerstand gegen Bewegungsänderungen. Dieser Widerstand gegen Bewegungsänderungen wird Trägheit genannt und ergibt sich aus der Masse des Körpers. Die allgemein anerkannte Einheit der Masse ist das Kilogramm.
Leistung
Kraft ist eine abgeleitete Einheit, aber eine sehr wichtige Einheit beim Studium der Mechanik. Es wird oft als die Einwirkung eines Körpers auf einen anderen definiert und kann das Ergebnis eines direkten Kontakts zwischen Körpern sein oder auch nicht. Gravitations- und elektromagnetische Kräfte sind Beispiele für das Ergebnis eines solchen Aufpralls. Es gibt zwei Prinzipien des Einflusses, der Kräfte, die dazu neigen, die Bewegungen des Systems zu verändern, und die dazu neigen, die Bewegungen des Systems zu verändernVerformungen. Die Grundeinheit der Kraft ist das Newton im SI-System und das Pfund im englischen System.
Gleichgewichtsgleichungen
Statisch bedeutet, dass die betreffenden Objekte absolut fest sind. Die Summe aller auf einen ruhenden Körper wirkenden Kräfte muss gleich Null sein, d. h. die beteiligten Kräfte gleichen sich aus und es darf keine Tendenz zu Kräften geben, die den Körper um eine beliebige Achse drehen können. Diese Bedingungen sind voneinander unabhängig, und ihr Ausdruck in mathematischer Form bildet die sogenannten Gleichgewichtsgleichungen.
Es gibt drei Gleichgewichtsgleichungen, und daher können nur drei unbekannte Kräfte berechnet werden. Wenn es mehr als drei unbekannte Kräfte gibt, bedeutet dies, dass mehr Komponenten in der Struktur oder Maschine vorhanden sind, als erforderlich sind, um bestimmte Lasten zu tragen, oder dass es mehr Beschränkungen als nötig gibt, um die Bewegung des Körpers zu verhindern.
Solche unnötigen Komponenten oder Einschränkungen werden als redundant bezeichnet (z. B. bei einem Tisch mit vier Beinen ist eines redundant), und das Kräftesystem ist statisch unbestimmt. Die Anzahl der in der Statik verfügbaren Gleichungen ist begrenzt, da jeder starre Körper unabhängig von Form und Größe unter allen Bedingungen fest bleibt.
