Статика – денелер арасындағы әсерлесу күшін сандық бағалау әдістері туралы ғылым. Бұл күштер тепе-теңдікті сақтауға, денелерді жылжытуға немесе олардың пішінін өзгертуге жауапты. Күнделікті өмірде сіз күн сайын көптеген әртүрлі мысалдарды көре аласыз. Қозғалыс пен пішіннің өзгеруі жасанды және табиғи нысандардың функционалдығы үшін өте маңызды.
Статика түсінігі
Статиканың негізі бұдан 2200 жыл бұрын ежелгі грек математигі Архимед және сол кездегі басқа ғалымдар күшейткіш қасиеттерді зерттеп, рычаг пен ось сияқты қарапайым механизмдерді ойлап тапқан кезде қаланды. Статика – тепе-теңдік жағдайында тыныштықтағы денелерге әсер ететін күштерді қарастыратын механиканың бөлімі.
Бұл белгісіз күштерді анықтау және сипаттау үшін қажет аналитикалық және графикалық процедураларды мүмкін ететін физика саласы. «Статика» (физика) бөлімі инженерияның көптеген салаларында маңызды рөл атқарады, механикалық,күштердің әртүрлі әсерлерімен айналысатын азаматтық, авиация және биоинженерия. Дене тыныштықта немесе біркелкі жылдамдықпен қозғалғанда, біз физиканың осы саласы туралы айтып отырмыз. Статика - денені тепе-теңдікте зерттейтін ғылым.
Бұл ғылым саласының әдістері мен нәтижелері әсіресе ғимараттарды, көпірлер мен бөгеттерді, сондай-ақ крандарды және басқа ұқсас механикалық құрылғыларды жобалауда пайдалы болды. Мұндай құрылымдар мен жабдықтардың өлшемдерін есептей алу үшін сәулетшілер мен инженерлер алдымен олардың бір-бірімен байланысқан бөліктеріне әсер ететін күштерді анықтауы керек.
Статика аксиомалары
Статика – механикалық және басқа жүйелердің уақыт өте келе өзгермейтін белгілі бір күйде қалу жағдайларын зерттейтін физика саласы. Физиканың бұл бөлімі бес негізгі аксиомаға негізделген:
1. Қатты дене статикалық тепе-теңдік күйінде болады, егер оған интенсивтілігі бірдей екі күш әсер етіп, бір әрекет сызығында жатса және бір түзудің бойында қарама-қарсы бағытта бағытталған.
2. Қатты дене оған сыртқы күштер немесе күштер жүйесі әсер етпейінше, статикалық күйде қалады.
3. Бір материалдық нүктеде әрекет ететін екі күштің нәтижесі екі күштің векторлық қосындысына тең. Бұл аксиома векторлық қосынды принципіне бағынады.
4. Өзара әрекеттесетін екі дене бір-біріне бірдей әсер ету сызығының бойында қарама-қарсы бағытта бірдей қарқынды екі күшпен әрекеттеседі. Бұлаксиома әрекет пен реакция принципі деп те аталады.
5. Егер деформацияланатын дене статикалық тепе-теңдік күйінде болса, физикалық дене қатты күйде қалса, ол бұзылмайды. Бұл аксиома қатаю принципі деп те аталады.
Механика және оның бөлімдері
Физика грек тілінен аударғанда (physikos – «табиғи» және «physis» - «табиғат») сөзбе-сөз табиғатты қарастыратын ғылым дегенді білдіреді. Ол заттың барлық белгілі заңдары мен қасиеттерін, сондай-ақ оған әсер ететін күштерді, соның ішінде ауырлық, жылу, жарық, магнетизм, электр және заттардың негізгі сипаттамаларын өзгерте алатын басқа да күштерді қамтиды. Ғылымның бір саласы – механика, оған статика және динамика, сондай-ақ кинематика сияқты маңызды бөлімдер кіреді.
Механика – физиканың тыныштықтағы немесе қозғалыстағы күштерді, заттарды немесе денелерді зерттейтін бөлімі. Бұл ғылым мен техника саласындағы ең ірі субъектілердің бірі. Статиканың міндеттеріне әртүрлі күштердің әсерінен денелердің күйін зерттеу жатады. Кинематика – қозғалысты тудыратын күштерге қарамастан заттардың қозғалысын зерттейтін физика (механика) бөлімі.
Теориялық механика: статика
Механика – күштердің әсерінен денелердің әрекетін қарастыратын физика ғылымы. Механиканың 3 категориясы бар: абсолютті қатты дене, деформацияланатын денелер және сұйық. Қатты дене деп әсерінен деформацияланбайтын денені айтадыкүштер. Теориялық механика (статика – абсолютті қатты дене механикасының бөлігі) сонымен қатар динамикадан тұрады, ол өз кезегінде кинематика және кинетика болып бөлінеді.
Деформацияланатын дененің механикасы дене ішіндегі күштердің таралуын және одан туындайтын деформацияларды қарастырады. Бұл ішкі күштер денеде белгілі бір кернеулерді тудырады, бұл ақыр соңында материалдың өзінің өзгеруіне әкелуі мүмкін. Бұл мәселелер материалдардың беріктігі курстарында оқытылады.
Сұйықтық механикасы – сұйықтар немесе газдар ішіндегі күштердің таралуын қарастыратын механиканың бөлімі. Сұйықтықтар техникада кеңінен қолданылады. Оларды сығылмайтын немесе қысылатын деп жіктеуге болады. Қолданбаларға гидравлика, аэроғарыш және т.б. кіреді.
Динамика түсінігі
Динамикалар күш пен қозғалысты қарастырады. Дененің қозғалысын өзгертудің жалғыз жолы - күш қолдану. Күшпен қатар динамика басқа физикалық ұғымдарды зерттейді, олардың ішінде мыналар: энергия, импульс, соқтығыс, ауырлық центрі, момент және инерция моменті.
Статикалық және динамикалық - мүлдем қарама-қарсы күйлер. Динамика – тепе-теңдікте жоқ денелерді зерттейді және үдеу пайда болады. Кинетика – қозғалысты тудыратын күштерді немесе қозғалыс нәтижесінде пайда болатын күштерді зерттейтін ғылым. Статика сияқты концепциядан айырмашылығы, кинематика дененің қозғалысы туралы ілім болып табылады, ол фактіні ескермейді.қозғалыс қалай жасалады. Оны кейде "қозғалыс геометриясы" деп те атайды.
Кинематика
Кинематикалық принциптер көбінесе жабдықтың жұмысы кезінде оның әртүрлі бөліктеріндегі орнын, жылдамдығын және үдеуін анықтауды талдау үшін қолданылады. Кинематика нүктенің, дененің және денелер жүйесінің қозғалысын қозғалыс себептерін қарастырмай қарастырады. Қозғалыс санақ жүйесінің көрсеткішімен бірге орын ауыстыру, жылдамдық және үдеу сияқты шамалардың векторымен сипатталады. Кинематикадағы әртүрлі есептер қозғалыс теңдеуі арқылы шешіледі.
Механика - статика: негізгі шамалар
Механика тарихы бір ғасырдан астам уақытты қамтиды. Статиканың негізгі принциптері баяғыда жасалған. Ерте өркениеттер кезінде, мысалы, пирамидалар сияқты алып құрылыстарды салу үшін барлық түрдегі тұтқалар, көлбеу ұшақтар және басқа да принциптер қажет болды.
Механикадағы негізгі шамалар ұзындық, уақыт, масса және күш болып табылады. Алғашқы үшеуі бір-бірінен тәуелсіз абсолютті деп аталады. Күш абсолютті мән емес, өйткені ол массаға және жылдамдықтың өзгеруіне байланысты.
Ұзындығы
Ұзындық – басқа нүктеге қатысты кеңістіктегі нүктенің орнын сипаттау үшін пайдаланылатын мән. Бұл қашықтық стандартты ұзындық бірлігі деп аталады. Ұзындықты өлшеудің жалпы қабылданған стандартты бірлігі метр болып табылады. Бұл стандартжылдар бойы дамып, жетілдірілді. Бастапқыда бұл жер бетінің квадрантының он миллионнан бір бөлігі болды, онымен өлшеу жүргізу өте қиын болды. 1983 жылы 20 қазанда метр жарықтың вакуумда 1/299,792,458 секундта жүретін жолының ұзындығы ретінде анықталды.
Уақыт
Уақыт – екі оқиға арасындағы белгілі бір аралық. Жалпы қабылданған стандартты уақыт бірлігі екінші болып табылады. Екіншісі бастапқыда Жердің өз осіндегі орташа айналу кезеңінің 1/86,4 бөлігі ретінде анықталған. 1956 жылы секундтың анықтамасы Жердің Күнді бір рет айналуына кететін уақыттың 1/31,556-сына дейін жетілдірілді.
Масса
Масса – заттың қасиеті. Оны денедегі заттың мөлшері ретінде қарастыруға болады. Бұл категория ауырлық күшінің денеге әсерін және қозғалыстың өзгеруіне төзімділігін анықтайды. Бұл қозғалыстың өзгеруіне қарсылық дене массасының нәтижесі болып табылатын инерция деп аталады. Жалпы қабылданған масса бірлігі - килограмм.
Қуат
Күш – туынды бірлік, бірақ механиканы зерттеудегі өте маңызды бірлік. Ол көбінесе бір дененің екіншісіне әрекеті ретінде анықталады және денелердің тікелей жанасуының нәтижесі болуы немесе болмауы мүмкін. Гравитациялық және электромагниттік күштер мұндай әсердің нәтижесінің мысалы болып табылады. Жүйенің қозғалысын өзгертуге бейім және бейім күштердің әсер етудің екі принципі бардеформациялар. Күштің негізгі өлшем бірлігі SI жүйесінде Ньютон және ағылшын жүйесінде фунт болып табылады.
Тепе-теңдік теңдеулер
Статикалық қарастырылып отырған нысандардың мүлдем берік екенін білдіреді. Тыныштықтағы денеге әсер ететін барлық күштердің қосындысы нөлге тең болуы керек, яғни тартылған күштер бір-бірін теңестіреді және денені кез келген осьтің айналасында айналдыруға қабілетті күштердің тенденциясы болмауы керек. Бұл шарттар бір-бірінен тәуелсіз және олардың математикалық түрде өрнектелуі тепе-теңдік деп аталатын теңдеулерді құрайды.
Үш тепе-теңдік теңдеуі бар, сондықтан тек үш белгісіз күшті ғана есептеуге болады. Егер белгісіз үш күштен көп болса, бұл құрылымда немесе машинада белгілі бір жүктемелерді көтеруге қажетті құрамдас бөліктердің көп екенін немесе дененің қозғалуын болдырмау үшін қажетті шектеулерден көбірек екенін білдіреді.
Мұндай қажетсіз құрамдас бөліктер немесе шектеулер артық деп аталады (мысалы, төрт аяғы бар кестеде бір артық) және күштер жүйесі статикалық түрде анықталмаған. Статикада қолжетімді теңдеулердің саны шектеулі, өйткені кез келген қатты дене пішіні мен өлшеміне қарамастан кез келген жағдайда қатты болып қалады.
