No processo de estudo da estática, que é uma das seções constituintes da mecânica, o papel principal é dado aos axiomas e conceitos básicos. Existem apenas cinco axiomas básicos. Algumas delas são conhecidas das aulas de física da escola, porque são as leis de Newton.
Definição de mecânica
Em primeiro lugar, deve-se mencionar que a estática é um subconjunto da mecânica. Este último deve ser descrito com mais detalhes, pois está diretamente relacionado à estática. Ao mesmo tempo, mecânica é um termo mais geral que combina dinâmica, cinemática e estática. Todos esses assuntos foram estudados no curso de física da escola e são conhecidos por todos. Mesmo os axiomas incluídos no estudo da estática são baseados nas leis de Newton conhecidas desde os anos escolares. No entanto, havia três deles, enquanto os axiomas básicos da estática são cinco. A maioria deles diz respeito às regras para manter o equilíbrio e o movimento retilíneo uniforme de um determinado corpo ou ponto material.
Mecânica é a ciência da maneira mais simples de se movermatéria - mecânica. Os movimentos mais simples são considerados ações que se reduzem ao movimento no espaço e no tempo de um objeto físico de uma posição para outra.
O que a mecânica estuda
Na mecânica teórica, as leis gerais do movimento são estudadas sem levar em conta as propriedades individuais do corpo, exceto as propriedades de extensão e gravidade (isso implica que as propriedades das partículas da matéria sejam mutuamente atraídas ou tenham um certo peso).
As definições básicas incluem força mecânica. Este termo refere-se ao movimento, transmitido mecanicamente de um corpo para o segundo durante a interação. De acordo com inúmeras observações, foi determinado que a força é considerada uma grandeza vetorial, que é caracterizada pela direção e ponto de aplicação.
Em termos de método de construção, a mecânica teórica é semelhante à geometria: também é baseada em definições, axiomas e teoremas. Além disso, a conexão não termina com definições simples. A maioria dos desenhos relacionados à mecânica em geral e à estática em particular contém regras e leis geométricas.
A mecânica teórica inclui três subseções: estática, cinemática e dinâmica. Na primeira, estudam-se métodos de transformação de forças aplicadas a um objeto e a um corpo absolutamente rígido, bem como as condições para o surgimento do equilíbrio. Na cinemática, considera-se um movimento mecânico simples, que não leva em consideração as forças atuantes. Na dinâmica estudam-se os movimentos de um ponto, de um sistema ou de um corpo rígido, levando em conta as forças atuantes.
Axiomas da estática
Primeiro, considereconceitos básicos, axiomas da estática, tipos de conexões e suas reações. A estática é um estado de equilíbrio com forças que são aplicadas a um corpo absolutamente rígido. Suas tarefas incluem dois pontos principais: 1 - os conceitos e axiomas básicos da estática incluem a substituição de um sistema adicional de forças que foram aplicadas ao corpo por outro sistema equivalente a ele. 2 - derivação de regras gerais segundo as quais o corpo sob a influência de forças aplicadas permanece em estado de repouso ou em processo de movimento retilíneo de translação uniforme.
Objetos em tais sistemas são geralmente chamados de ponto material - um corpo cujas dimensões podem ser omitidas sob as condições dadas. Um conjunto de pontos ou corpos interligados de alguma forma é chamado de sistema. As forças de influência mútua entre esses corpos são chamadas de internas e as forças que afetam esse sistema são chamadas de externas.
A força resultante em um certo sistema é uma força equivalente ao sistema reduzido de forças. As forças que compõem esse sistema são chamadas de forças constituintes. A força de equilíbrio é igual em magnitude à resultante, mas é direcionada na direção oposta.
Em estática, ao resolver o problema de alterar o sistema de forças que afetam um corpo rígido, ou o equilíbrio de forças, são utilizadas propriedades geométricas de vetores de força. A partir disso, a definição de estática geométrica fica clara. A estática analítica baseada no princípio dos deslocamentos admissíveis será descrita em dinâmica.
Conceitos e axiomas básicosestática
As condições para um corpo estar em equilíbrio são derivadas de várias leis básicas, usadas sem evidências adicionais, mas confirmadas na forma de experimentos, chamados de axiomas da estática.
- Axioma I é chamado de primeira lei de Newton (axioma da inércia). Cada corpo permanece em estado de repouso ou movimento retilíneo uniforme até o momento em que forças externas atuam sobre este corpo, retirando-o deste estado. Essa capacidade do corpo é chamada de inércia. Esta é uma das propriedades básicas da matéria.
- Axioma II - Terceira lei de Newton (o axioma da interação). Quando um corpo age sobre outro com uma certa força, o segundo corpo, juntamente com o primeiro, agirá sobre ele com uma certa força, que é igual em valor absoluto, oposta em direção.
- Axioma III - a condição para o equilíbrio de duas forças. Para obter o equilíbrio de um corpo livre, que está sob a influência de duas forças, é suficiente que essas forças sejam iguais em seu módulo e opostas em direção. Isso também está relacionado ao próximo ponto e está incluído nos conceitos básicos e axiomas da estática, o equilíbrio de um sistema de forças descendentes.
- Axioma IV. O equilíbrio não será perturbado se um sistema equilibrado de forças for aplicado ou removido de um corpo rígido.
- Axioma V é o axioma do paralelogramo das forças. A resultante de duas forças de interseção é aplicada no ponto de interseção e é representada pela diagonal de um paralelogramo construído sobre essas forças.
Conexões e suas reações
Na mecânica teórica de um ponto material,Duas definições podem ser dadas para um sistema e um corpo rígido: livre e não livre. A diferença entre essas palavras é que, se restrições pré-especificadas não forem impostas ao movimento de um ponto, corpo ou sistema, esses objetos serão, por definição, livres. Na situação oposta, os objetos geralmente são chamados de não-livres.
As circunstâncias físicas que levam à restrição da liberdade de objetos materiais nomeados são chamadas de vínculos. Na estática, podem existir ligações simples realizadas por diferentes corpos rígidos ou flexíveis. A força da ação de ligação em um ponto, sistema ou corpo é chamada de reação de ligação.
Tipos de conexões e suas reações
Na vida comum, a conexão pode ser representada por fios, laços, correntes ou cordas. Em mecânica, ligações sem peso, flexíveis e inextensíveis são tomadas para esta definição. As reações, respectivamente, podem ser direcionadas ao longo de um fio, uma corda. Ao mesmo tempo, existem conexões, cujas linhas de ação não podem ser imediatamente determinadas. Como exemplo dos conceitos básicos e axiomas da estática, podemos citar uma dobradiça cilíndrica fixa.
Consiste em um parafuso cilíndrico fixo, no qual é colocada uma luva com furo cilíndrico, cujo diâmetro não excede o tamanho do parafuso. Quando o corpo é fixado na bucha, a primeira pode girar apenas ao longo do eixo da dobradiça. Em uma dobradiça ideal (desde que o atrito da superfície da luva e do parafuso seja desprezado), aparece um obstáculo para o deslocamento da luva em uma direção perpendicular à superfície do parafuso e da luva. Por isso, a reaçãoUma dobradiça ideal tem uma direção ao longo da normal - o raio do parafuso. Sob a influência de forças atuantes, a bucha é capaz de pressionar o parafuso em um ponto arbitrário. A este respeito, a direção da reação em uma dobradiça cilíndrica fixa não pode ser determinada antecipadamente. A partir desta reação, apenas sua localização no plano perpendicular ao eixo da dobradiça pode ser conhecida.
Durante a solução dos problemas, a reação de dobradiça será estabelecida pelo método analítico expandindo o vetor. Os conceitos básicos e axiomas da estática incluem este método. Os valores das projeções de reação são calculados a partir das equações de equilíbrio. O mesmo é feito em outras situações, inclusive na impossibilidade de determinar a direção da reação da ligação.
Sistema de forças convergentes
O número de definições básicas pode incluir um sistema de forças que convergem. O chamado sistema de forças convergentes será chamado de sistema em que as linhas de ação se cruzam em um único ponto. Este sistema leva a uma resultante ou está em estado de equilíbrio. Esse sistema também é levado em consideração nos axiomas mencionados anteriormente, pois está associado à manutenção do equilíbrio do corpo, mencionado em várias posições ao mesmo tempo. Os últimos indicam tanto as causas necessárias para criar um equilíbrio, quanto os fatores que não causarão uma mudança nesse estado. A resultante deste sistema de forças convergentes é igual à soma vetorial das forças nomeadas.
Equilíbrio do sistema
O sistema de forças convergentes também está incluído nos conceitos básicos e axiomas da estática ao estudar. Para encontrar o sistema em equilíbrio, a condição mecânicatorna-se o valor zero da força resultante. Como a soma vetorial das forças é zero, o polígono é considerado fechado.
Em uma forma analítica, a condição de equilíbrio do sistema será a seguinte: um sistema espacial de forças convergentes em equilíbrio terá uma soma algébrica das projeções de forças em cada um dos eixos coordenados igual a zero. Como em tal situação de equilíbrio a resultante será zero, então as projeções nos eixos coordenados também serão zero.
Momento de força
Esta definição significa o produto vetorial do vetor do ponto de aplicação da força. O vetor do momento da força é direcionado perpendicularmente ao plano no qual a força e o ponto se encontram, na direção em que a rotação da ação da força ocorre no sentido anti-horário.
Par de potências
Esta definição refere-se a um sistema que consiste em um par de forças paralelas, iguais em magnitude, direcionadas em direções opostas e aplicadas a um corpo.
O momento de um par de forças pode ser considerado positivo se as forças do par forem direcionadas no sentido anti-horário no sistema de coordenadas da direita, e negativo - se elas forem direcionadas no sentido horário no sistema de coordenadas da esquerda. Ao traduzir do sistema de coordenadas direito para o esquerdo, a orientação das forças é invertida. O valor mínimo da distância entre as linhas de ação das forças é chamado de ombro. Disto segue-se que o momento de um par de forças é um vetor livre, módulo igual a M=Fh e perpendicular ao plano de açãoa direção que a partir do topo do vetor de força dado foram orientados positivamente.
Equilíbrio em sistemas arbitrários de forças
A condição de equilíbrio necessária para um sistema espacial arbitrário de forças aplicadas a um corpo rígido é a anulação do vetor principal e momento em relação a qualquer ponto no espaço.
Daqui resulta que, para alcançar um equilíbrio de forças paralelas localizadas no mesmo plano, é necessário e suficiente que a soma resultante das projeções de forças sobre um eixo paralelo e a soma algébrica de todas as componentes momentos fornecidos por forças em relação a um ponto aleatório é igual a zero.
Centro de gravidade do corpo
De acordo com a lei da gravitação universal, cada partícula na vizinhança da superfície da Terra é afetada por forças atrativas chamadas gravidade. Com pequenas dimensões do corpo em todas as aplicações técnicas, pode-se considerar as forças de gravidade de partículas individuais do corpo como um sistema de forças praticamente paralelas. Se considerarmos todas as forças de gravidade das partículas como paralelas, então sua resultante será numericamente igual à soma dos pesos de todas as partículas, ou seja, o peso do corpo.
Tema de cinemática
Cinemática é um ramo da mecânica teórica que estuda o movimento mecânico de um ponto, um sistema de pontos e um corpo rígido, independentemente das forças que os afetam. Newton, partindo de uma posição materialista, considerava a natureza do espaço e do tempo objetiva. Newton usou a definição de absolutoespaço e tempo, mas os separou da matéria em movimento, de modo que pode ser chamado de metafísico. O materialismo dialético considera o espaço e o tempo como formas objetivas de existência da matéria. Espaço e tempo sem matéria não podem existir. Na mecânica teórica diz-se que o espaço incluindo os corpos em movimento é chamado de espaço euclidiano tridimensional.
Comparada com a mecânica teórica, a teoria da relatividade é baseada em outros conceitos de espaço e tempo. Este surgimento de uma nova geometria criada por Lobachevsky ajudou. Ao contrário de Newton, Lobachevsky não separou espaço e tempo da visão, considerando esta como uma mudança na posição de alguns corpos em relação a outros. Em seu próprio trabalho, ele destacou que na natureza, apenas o movimento é conhecido pelo homem, sem o qual a representação sensorial se torna impossível. Segue-se disso que todos os outros conceitos, por exemplo, os geométricos, são criados artificialmente pela mente.
Daqui fica claro que o espaço é considerado como uma manifestação da conexão entre corpos em movimento. Quase um século antes da teoria da relatividade, Lobachevsky apontou que a geometria euclidiana está relacionada a sistemas geométricos abstratos, enquanto no mundo físico as relações espaciais são determinadas pela geometria física, que difere da euclidiana, em que as propriedades de tempo e espaço são combinadas com as propriedades da matéria movendo-se no espaço e no tempo.
NãoVale a pena notar que os principais cientistas da Rússia no campo da mecânica aderiram conscientemente às posições materialistas corretas na interpretação de todas as principais definições da mecânica teórica, em particular tempo e espaço. Ao mesmo tempo, a opinião sobre espaço e tempo na teoria da relatividade é semelhante às ideias sobre espaço e tempo dos partidários do marxismo, que foram criadas antes do surgimento dos trabalhos sobre a teoria da relatividade.
Ao trabalhar com mecânica teórica ao medir o espaço, o metro é tomado como a unidade principal e o segundo como o tempo. O tempo é o mesmo em cada referencial e independe da alternância desses sistemas em relação uns aos outros. O tempo é indicado por um símbolo e é tratado como uma variável contínua usada como argumento. Durante a medição do tempo, são aplicadas as definições de intervalo de tempo, momento de tempo, tempo inicial, que estão incluídas nos conceitos e axiomas básicos da estática.
Mecânica Técnica
Na aplicação prática, os conceitos e axiomas básicos da estática e da mecânica técnica estão interligados. Na mecânica técnica, estuda-se tanto o processo mecânico do movimento em si quanto a possibilidade de seu uso para fins práticos. Por exemplo, ao criar estruturas técnicas e de construção e testá-las quanto à resistência, o que requer um breve conhecimento dos conceitos e axiomas básicos da estática. Ao mesmo tempo, um estudo tão curto é adequado apenas para amadores. Nas instituições de ensino especializadas, este tema é de considerável importância, por exemplo, no caso do sistema de forças, conceitos básicos eaxiomas da estática.
Na mecânica técnica, os axiomas acima também são aplicados. Por exemplo, axioma 1, conceitos básicos e axiomas da estática estão relacionados a esta seção. Enquanto o primeiro axioma explica o princípio da manutenção do equilíbrio. Na mecânica técnica, um papel importante é dado não apenas à criação de dispositivos, mas também a estruturas estáveis, na construção das quais a estabilidade e a resistência são os principais critérios. No entanto, será impossível criar algo assim sem conhecer os axiomas básicos.
Observações gerais
As formas mais simples de movimento de corpos sólidos incluem movimento de translação e rotação do corpo. Na cinemática de corpos rígidos, para diferentes tipos de movimento, são levadas em consideração as características cinemáticas do movimento de seus diferentes pontos. O movimento de rotação de um corpo em torno de um ponto fixo é um movimento no qual uma linha reta que passa por um par de pontos arbitrários durante o movimento do corpo permanece em repouso. Essa linha reta é chamada de eixo de rotação do corpo.
No texto acima, os conceitos básicos e axiomas da estática foram dados brevemente. Ao mesmo tempo, há uma grande quantidade de informações de terceiros com as quais você pode entender melhor a estática. Não se esqueça dos dados básicos, na maioria dos exemplos os conceitos básicos e axiomas da estática incluem um corpo absolutamente rígido, pois este é um tipo de padrão para um objeto que pode não ser alcançável em condições normais.
Então devemos nos lembrar dos axiomas. Por exemplo, os conceitos básicos e axiomasestática, ligações e suas reações estão entre eles. Apesar do fato de que muitos axiomas explicam apenas o princípio da manutenção do equilíbrio ou movimento uniforme, isso não nega seu significado. A partir do curso escolar, esses axiomas e regras são estudados, pois são as conhecidas leis de Newton. A necessidade de mencioná-los está ligada à aplicação prática dos conhecimentos de estática e mecânica em geral. Um exemplo foi a mecânica técnica, na qual, além de criar mecanismos, é preciso entender o princípio de projetar edifícios sustentáveis. Graças a esta informação, é possível a construção correta de estruturas comuns.
