Estática é a ciência dos métodos para quantificar a força de interação entre os corpos. Essas forças são responsáveis por manter o equilíbrio, mover os corpos ou mudar sua forma. Na vida cotidiana, você pode ver muitos exemplos diferentes todos os dias. Mudanças de movimento e forma são críticas para a funcionalidade de objetos naturais e artificiais.
O conceito de estática
As bases da estática foram estabelecidas há mais de 2.200 anos, quando o antigo matemático grego Arquimedes e outros cientistas da época estudavam propriedades amplificadoras e inventavam mecanismos simples, como uma alavanca e um eixo. A estática é um ramo da mecânica que trata das forças que atuam sobre corpos em repouso sob condição de equilíbrio.
Este é o ramo da física que possibilita os procedimentos analíticos e gráficos necessários para identificar e descrever essas forças desconhecidas. A seção "estática" (física) desempenha um papel importante em muitos ramos da engenharia, mecânica,civil, aviação e bioengenharia, que tratam dos diversos efeitos das forças. Quando o corpo está em repouso ou se movendo a uma velocidade uniforme, estamos falando dessa área da física. Estática é o estudo do corpo em equilíbrio.
Os métodos e resultados deste ramo da ciência provaram ser particularmente úteis no projeto de edifícios, pontes e barragens, bem como guindastes e outros dispositivos mecânicos semelhantes. Para poder calcular as dimensões de tais estruturas e equipamentos, arquitetos e engenheiros devem primeiro determinar as forças que atuam em suas partes interconectadas.
Axiomas da estática
Estática é um ramo da física que estuda as condições sob as quais os sistemas mecânicos e outros permanecem em um determinado estado que não muda com o tempo. Esta seção de física é baseada em cinco axiomas básicos:
1. Um corpo rígido está em estado de equilíbrio estático se duas forças de mesma intensidade atuam sobre ele, estão na mesma linha de ação e são direcionadas em direções opostas ao longo da mesma linha.
2. Um corpo rígido permanecerá em estado estático até ser afetado por forças externas ou por um sistema de forças.
3. A resultante de duas forças atuando no mesmo ponto material é igual à soma vetorial das duas forças. Este axioma obedece ao princípio da soma vetorial.
4. Dois corpos em interação reagem entre si com duas forças de igual intensidade em direções opostas ao longo da mesma linha de ação. Esseo axioma também é chamado de princípio de ação e reação.
5. Se um corpo deformável estiver em estado de equilíbrio estático, não será perturbado se o corpo físico permanecer em estado sólido. Este axioma também é chamado de princípio de solidificação.
Mecânica e suas seções
Física em grego (physikos - "natural" e "physis" - "natureza") significa literalmente a ciência que lida com a natureza. Abrange todas as leis e propriedades conhecidas da matéria, bem como as forças que atuam sobre ela, incluindo gravidade, calor, luz, magnetismo, eletricidade e outras forças que podem alterar as características básicas dos objetos. Um dos ramos da ciência é a mecânica, que inclui subseções importantes como estática e dinâmica, bem como cinemática.
A mecânica é um ramo da física que estuda forças, objetos ou corpos que estão em repouso ou em movimento. É uma das maiores entidades no campo da ciência e tecnologia. As tarefas em estática incluem o estudo do estado dos corpos sob a influência de várias forças. A cinemática é um ramo da física (mecânica) que estuda o movimento dos objetos, independentemente das forças que causam o movimento.
Mecânica teórica: estática
A Mecânica é uma ciência física que considera o comportamento dos corpos sob a ação de forças. Existem 3 categorias de mecânica: corpo absolutamente rígido, corpos deformáveis e líquidos. Um corpo rígido é um corpo que não se deforma sob a ação deforças. A mecânica teórica (estática - parte da mecânica de um corpo absolutamente rígido) inclui também a dinâmica, que, por sua vez, se divide em cinemática e cinética.
A mecânica de um corpo deformável trata da distribuição de forças dentro do corpo e das deformações resultantes. Essas forças internas causam certas tensões no corpo, que podem eventualmente levar a uma mudança no próprio material. Essas questões são estudadas em cursos de resistência de materiais.
A mecânica dos fluidos é um ramo da mecânica que lida com a distribuição de forças dentro de líquidos ou gases. Os fluidos são amplamente utilizados na engenharia. Eles podem ser classificados como incompressíveis ou compressíveis. As aplicações incluem hidráulica, aeroespacial e muito mais.
O conceito de dinâmica
Dinâmica lida com força e movimento. A única maneira de mudar o movimento de um corpo é usar a força. Junto com a força, a dinâmica estuda outros conceitos físicos, entre os quais estão os seguintes: energia, momento, colisão, centro de gravidade, torque e momento de inércia.
Estático e dinâmico são estados completamente opostos. Dinâmica é o estudo de corpos que não estão em equilíbrio, e a aceleração ocorre. A cinética é o estudo das forças que causam o movimento, ou as forças que resultam do movimento. Ao contrário de um conceito como a estática, a cinemática é a doutrina do movimento de um corpo, que não leva em conta o fato de quecomo o movimento é feito. Às vezes é referido como a "geometria do movimento".
Cinemática
Princípios cinemáticos são frequentemente aplicados para analisar a determinação da posição, velocidade e aceleração em diversas partes do equipamento durante sua operação. A cinemática considera o movimento de um ponto, um corpo e um sistema de corpos sem considerar as causas do movimento. O movimento é descrito por um vetor de grandezas como deslocamento, velocidade e aceleração juntamente com uma indicação de um referencial. Vários problemas em cinemática são resolvidos usando a equação do movimento.
Mecânica - estática: grandezas fundamentais
A história da mecânica abrange mais de um século. Os princípios básicos da estática foram desenvolvidos há muito tempo. Todos os tipos de alavancas, planos inclinados e outros princípios foram necessários durante as primeiras civilizações para construir, por exemplo, grandes estruturas como as pirâmides.
As grandezas fundamentais em mecânica são comprimento, tempo, massa e força. Os três primeiros são chamados absolutos, independentes um do outro. A força não é um valor absoluto, pois está relacionada à massa e às mudanças na velocidade.
Comprimento
Length é um valor usado para descrever a posição de um ponto no espaço em relação a outro ponto. Essa distância é chamada de unidade padrão de comprimento. A unidade padrão geralmente aceita para medir o comprimento é o metro. Este padrãodesenvolvidos e aprimorados ao longo dos anos. Inicialmente, era uma décima milionésima parte do quadrante da superfície da Terra, com o qual era bastante difícil fazer medições. Em 20 de outubro de 1983, o metro foi definido como o comprimento do caminho percorrido pela luz no vácuo em 1/299.792.458 de segundo.
Hora
Tempo é um certo intervalo entre dois eventos. A unidade de tempo padrão geralmente aceita é o segundo. O segundo foi originalmente definido como 1/86,4 do período de rotação médio da Terra em seu eixo. Em 1956, a definição de segundo foi melhorada para 1/31,556 do tempo que a Terra leva para completar uma revolução em torno do Sol.
Massa
Massa é uma propriedade da matéria. Pode ser pensado como a quantidade de matéria contida no corpo. Esta categoria define o efeito da gravidade no corpo e a resistência à mudança no movimento. Essa resistência à mudança no movimento é chamada de inércia, que é o resultado da massa do corpo. A unidade de massa geralmente aceita é o quilograma.
Potência
Força é uma unidade derivada, mas uma unidade muito importante no estudo da mecânica. Muitas vezes é definida como a ação de um corpo sobre outro, podendo ou não ser resultado do contato direto entre os corpos. Forças gravitacionais e eletromagnéticas são exemplos do resultado de tal impacto. Existem dois princípios de influência, de forças que tendem a mudar os movimentos do sistema e que tendem adeformações. A unidade básica de força é o Newton no sistema SI e a libra no sistema inglês.
Equações de equilíbrio
Estático significa que os objetos em questão são absolutamente sólidos. A soma de todas as forças que atuam sobre um corpo em repouso deve ser igual a zero, ou seja, as forças envolvidas se equilibram e não deve haver tendência para forças capazes de girar o corpo em torno de qualquer eixo. Essas condições são independentes umas das outras, e sua expressão em forma matemática constitui as chamadas equações de equilíbrio.
Existem três equações de equilíbrio e, portanto, apenas três forças desconhecidas podem ser calculadas. Se houver mais de três forças desconhecidas, significa que há mais componentes na estrutura ou máquina do que os necessários para suportar certas cargas, ou que há mais restrições do que o necessário para impedir que o corpo se mova.
Tais componentes ou restrições desnecessários são chamados de redundantes (por exemplo, uma tabela com quatro pernas tem uma redundante), e o sistema de forças é estaticamente indeterminado. O número de equações disponíveis na estática é limitado, pois qualquer corpo rígido permanece sólido sob quaisquer condições, independentemente da forma e tamanho.
