Ang seksyon ng physics na nag-aaral ng mga katawan sa pahinga mula sa punto ng view ng mechanics ay tinatawag na statics. Ang mga pangunahing punto ng statics ay ang pag-unawa sa mga kondisyon ng equilibrium ng mga katawan sa system at ang kakayahang ilapat ang mga kundisyong ito upang malutas ang mga praktikal na problema.
Mga puwersang kumikilos
Ang sanhi ng pag-ikot, paggalaw ng pagsasalin o kumplikadong paggalaw ng mga katawan sa mga curved trajectory ay ang pagkilos ng isang panlabas na di-zero na puwersa sa mga katawan na ito. Sa pisika, ang puwersa ay isang dami na, kumikilos sa isang katawan, ay nakapagbibigay nito ng acceleration, iyon ay, baguhin ang dami ng paggalaw. Ang halagang ito ay pinag-aralan mula pa noong sinaunang panahon, gayunpaman, ang mga batas ng statics at dynamics sa wakas ay nabuo sa isang magkakaugnay na pisikal na teorya lamang sa pagdating ng mga bagong panahon. Ang isang pangunahing papel sa pag-unlad ng mga mekanika ng paggalaw ay ginampanan ng gawain ni Isaac Newton, kung saan ang yunit ng puwersa ay tinawag na ngayong Newton.
Kapag isinasaalang-alang ang mga kondisyon ng ekwilibriyo ng mga katawan sa pisika, mahalagang malaman ang ilang mga parameter ng kumikilos na pwersa. Kabilang dito ang mga sumusunod:
- direksyon ng pagkilos;
- ganap na halaga;
- application point;
- anggulo sa pagitan ng itinuturing na puwersa at iba pang puwersang inilapat sa system.
Ang kumbinasyon ng mga parameter sa itaas ay nagbibigay-daan sa iyong malinaw na sabihin kung ang ibinigay na system ay lilipat o mananatili.
Ang unang kondisyon ng equilibrium ng system
Kailan ang isang sistema ng mga matibay na katawan ay hindi progresibong kikilos sa kalawakan? Ang sagot sa tanong na ito ay magiging malinaw kung ating aalalahanin ang ikalawang batas ni Newton. Ayon sa kanya, ang sistema ay hindi magsasagawa ng translational movement kung at kung ang kabuuan ng mga pwersang panlabas sa sistema ay katumbas ng zero. Ibig sabihin, ang unang kondisyon ng equilibrium para sa mga solid ay mathematically ganito ang hitsura:
∑i=1Fi¯=0.
Narito n ang bilang ng mga panlabas na puwersa sa system. Ipinapalagay ng expression sa itaas ang vector summation ng mga puwersa.
Pag-isipan natin ang isang simpleng kaso. Ipagpalagay natin na ang dalawang pwersa ng parehong magnitude ay kumikilos sa katawan, ngunit nakadirekta sa magkaibang direksyon. Bilang isang resulta, ang isa sa kanila ay may posibilidad na magbigay ng acceleration sa katawan kasama ang positibong direksyon ng isang arbitraryong piniling axis, at ang isa pa - kasama ang negatibo. Ang resulta ng kanilang pagkilos ay isang katawan na nagpapahinga. Ang kabuuan ng vector ng dalawang puwersang ito ay magiging zero. Sa patas, tandaan namin na ang inilarawang halimbawa ay hahantong sa paglitaw ng mga tensile stress sa katawan, ngunit ang katotohanang ito ay hindi nalalapat sa paksa ng artikulo.
Upang mapadali ang pag-verify ng nakasulat na kondisyon ng equilibrium ng mga katawan, maaari mong gamitin ang geometric na representasyon ng lahat ng pwersa sa system. Kung ang kanilang mga vectors ay nakaayos upang ang bawat kasunod na puwersa ay magsisimula mula sa dulo ng nauna,pagkatapos ay ang nakasulat na pagkakapantay-pantay ay matutupad kapag ang simula ng unang puwersa ay tumutugma sa pagtatapos ng huli. Sa geometriko, ito ay mukhang isang closed loop ng force vectors.
Sandali ng puwersa
Bago magpatuloy sa paglalarawan ng susunod na kondisyon ng ekwilibriyo para sa isang matibay na katawan, kailangang ipakilala ang isang mahalagang pisikal na konsepto ng estatika - ang sandali ng puwersa. Sa simpleng mga termino, ang scalar na halaga ng sandali ng puwersa ay ang produkto ng modulus ng puwersa mismo at ang radius vector mula sa axis ng pag-ikot hanggang sa punto ng aplikasyon ng puwersa. Sa madaling salita, makatuwirang isaalang-alang ang sandali ng puwersa na nauugnay lamang sa ilang axis ng pag-ikot ng system. Ang scalar mathematical form ng pagsulat ng moment of force ay ganito:
M=Fd.
Nasaan d ang braso ng puwersa.
Mula sa nakasulat na expression, sumusunod na kung ang puwersa F ay inilapat sa anumang punto ng axis ng pag-ikot sa anumang anggulo dito, ang moment of force nito ay magiging katumbas ng zero.
Ang pisikal na kahulugan ng quantity M ay nakasalalay sa kakayahan ng puwersa F na lumiko. Ang kakayahang ito ay tumataas habang ang distansya sa pagitan ng punto ng paglalapat ng puwersa at ang axis ng pag-ikot ay tumataas.
Ikalawang kondisyon ng equilibrium para sa system
As you might guess, ang pangalawang kondisyon para sa equilibrium ng mga katawan ay konektado sa moment of force. Una, binibigyan namin ang kaukulang formula ng matematika, at pagkatapos ay susuriin namin ito nang mas detalyado. Kaya, ang kundisyon para sa kawalan ng pag-ikot sa system ay nakasulat tulad ng sumusunod:
∑i=1Mi=0.
Iyon ay, ang kabuuan ng mga sandali ng lahatdapat na zero ang mga puwersa sa bawat axis ng pag-ikot sa system.
Ang moment of force ay isang vector quantity, gayunpaman, upang matukoy ang rotational equilibrium, mahalagang malaman lamang ang sign ng sandaling ito Mi. Dapat tandaan na kung ang puwersa ay may posibilidad na iikot sa direksyon ng orasan, pagkatapos ay lumilikha ito ng negatibong sandali. Sa kabaligtaran, ang pag-ikot laban sa direksyon ng arrow ay humahantong sa paglitaw ng isang positibong sandali Mi.
Paraan ng pagtukoy sa equilibrium ng system
Dalawang kondisyon para sa equilibrium ng mga katawan ang ibinigay sa itaas. Malinaw, upang ang katawan ay hindi gumagalaw at mapahinga, ang parehong mga kondisyon ay dapat matugunan nang sabay-sabay.
Kapag nilutas ang mga problema sa ekwilibriyo, dapat isaalang-alang ang isang sistema ng nakasulat na dalawang equation. Ang solusyon ng system na ito ay magbibigay ng sagot sa anumang problema sa statics.
Minsan ang unang kundisyon, na sumasalamin sa kawalan ng translational motion, ay maaaring hindi magbigay ng anumang kapaki-pakinabang na impormasyon, kung gayon ang solusyon sa problema ay ibinababa sa pagsusuri ng kondisyon ng sandali.
Kapag isinasaalang-alang ang mga problema ng static sa mga kondisyon ng balanse ng mga katawan, ang sentro ng grabidad ng katawan ay gumaganap ng isang mahalagang papel, dahil ito ay sa pamamagitan nito na ang axis ng pag-ikot ay pumasa. Kung ang kabuuan ng mga sandali ng mga puwersa na nauugnay sa sentro ng grabidad ay katumbas ng zero, kung gayon ang pag-ikot ng system ay hindi masusunod.
Halimbawa ng paglutas ng problema
Alam na dalawang timbang ang inilagay sa mga dulo ng isang walang timbang na tabla. Ang bigat ng tamang timbang ay doble ng timbang ng kaliwa. Ito ay kinakailangan upang matukoy ang posisyon ng suporta sa ilalim ng board, kung saan ang sistemang ito ay nasabalanse.
Idisenyo ang haba ng board na may letrang l, at ang distansya mula sa kaliwang dulo nito hanggang sa suporta - na may letrang x. Malinaw na ang system na ito ay hindi nakakaranas ng anumang translational motion, kaya ang unang kundisyon ay hindi kailangang ilapat upang malutas ang problema.
Ang bigat ng bawat pagkarga ay lumilikha ng isang sandali ng puwersa na nauugnay sa suporta, at ang parehong mga sandali ay may magkaibang tanda. Sa notation na aming pinili, ang pangalawang kondisyon ng equilibrium ay magiging ganito:
P1x=P2(L-x).
Narito ang P1 at P2 ang mga timbang ng kaliwa at kanang timbang, ayon sa pagkakasunod-sunod. Ang paghahati sa P1parehong bahagi ng pagkakapantay-pantay, at gamit ang kondisyon ng problema, makukuha natin ang:
x=P2/P1(L-x)=>
x=2L - 2x=>
x=2/3L.
Para maging balanse ang system, ang suporta ay dapat na nasa 2/3 ng haba ng board mula sa kaliwang dulo nito (1/3 mula sa kanang dulo).
