استاتیک و نیروها
چکیده مقاله
استاتیک یک دوره آموزشی در مورد نیروها است و ما در مورد آنها حرفهای زیادی برای گفتن خواهیم داشت. در سادهترین حالت، یک نیرو یک «فشار یا کشش» است، اما نیروها از منابع مختلفی میآیند و در موقعیتهای مختلفی رخ میدهند. به این ترتیب ما به یک واژگان تخصصی برای صحبت در مورد آنها نیاز داریم. ما همچنین به نیروهایی که باعث چرخش میشوند نیازمندیم و اصطلاحات خاصی برای توصیف آنها نیز خواهیم داشت.
استاتیک شاخهای از مکانیک است که به بررسی نیروهایی میپردازد که بر روی اجسام در حالت تعادل ایستا یا دینامیکی عمل میکنند.
فهرست مطالب این مقاله
بهعنوان نمونهای از انواع نیروهایی که در استاتیک با آنها مواجه خواهید شد، نیروهایی را در نظر بگیرید که روی جعبه و روی سطح ناهمواری که توسط کابل کشیده میشود، تأثیر میگذارد. بارگذاری روی جعبه را میتوان با چهار نوع نیروی مختلف نشان داد. کابل یک نیروی نقطهای ایجاد میکند، نیروهای نرمال و اصطکاک نیروهای واکنش هستند و وزن نیروی بدن است.
استاتیک چیست؟
استاتیک شاخهای از مکانیک است که به بررسی نیروهایی میپردازد که بر روی اجسام در حالت تعادل ایستا یا دینامیکی عمل میکنند. تعادل ایستا حالتی است که اجسام در حال سکون هستند. تعادل دینامیکی حالتی است که در آن اجسام با سرعت ثابت در حال حرکت هستند (حرکت مستقیم). در هر دو مورد مجموع نیروهای وارد بر آنها صفر است.
نمودار بدن آزاد
نمودار بدن آزاد یک بدن موردعلاقه (ورزشکار) و نیروهای خارجی وارد بر آن را به تصویر میکشد. FR مجموع نیروهای واکنشی است که روی هر دو پا عمل میکند و FG نیروی گرانشی است که بر بدن ورزشکار اثر میکند.
بیایید یک موقعیت ساده از یک ورزشکار را تصور کنیم که روی زمین ایستاده است (شکل بالا). دو نیرو بر روی ورزشکار وارد میشود. اولین مورد نیروی گرانشی غیر تماسی است. اگر فقط این نیرو بر روی ورزشکار اثر میکرد، او با حرکت به سمت پایین با شتاب 9,81 ms-2 عمل میکرد.
ازآنجاییکه بدیهی است که چنین نیست، باید نیروی دیگری وجود داشته باشد که حالت تعادل ایستا را ایجاد کند، بهطوریکه ورزشکار در حالت استراحت باشد. این نیروی واکنشی است که زمین به سمت بالا روی پای ورزشکار عمل میکند. درواقع هدف از این مثال آن بود که بدانید: نمودار بدنه آزاد ابزار ارزشمندی است که امکان انجام آنالیز مکانیکی را فراهم میکند.
تجزیه و تحلیل استاتیک
ازنظر ریاضی وضعیت یک فرد ایستاده را میتوان بهصورت زیر توصیف کرد:
Σ F = o
این معادله تعادل استاتیکی است. عبارت Σ F بیانگر نیروی خارجی حاصله است. بهعبارتدیگر مجموع بردار نیروهایی که بر یک فرد ایستاده وارد میشود. o بردار صفر است (0، 0، 0).
اگر نیروهایی که روی یک فرد وارد میشوند در یک خط قرار میگیرند، میتوانیم بهسادگی آنها را جمع کنیم. جهت رو به بالا آنها مثبت و جهت پایین آنها منفی مشخص شده است.
در مورد یک فرد ایستاده، نیروی واکنش زمین به سمت بالابر بدن انسان وارد میشود و مطابق با قرارداد ما، جهت مثبت دارد. بااینحال، بزرگی آن برای ما ناشناخته است. نیروی گرانش به سمت پایین عمل میکند و بنابراین جهت منفی دارد.
انواع نیروها در استاتیک
نیروها در استاتیک به اشکال زیر طبقهبندی میشوند:
نیروهای تماسی: این نوع نیرو در اثر تماس فیزیکی مستقیم به وجود میآید.
نیروهای حجمی: این نوع نیرو نیز در اثر قرار گرفتن جسم در یک میدان مغناطیسی یا الکتریکی و یا گرانشی به وجود میآید.
بارهای گسترده: این نوع بار در یک طول، سطح یا حجم وارد جسم میشوند.
بارهای نقطهای: اگر ابعاد سطحی که نیرو به آن ابعاد وارد میشود نسبت به سایر ابعاد قابل چشمپوشی باشد، آن بار بهصورت نقطهای به جسم وارد خواهد شد.
برای دسترسی به آموزش استاتیک برروی تصویر کلیک کنید
کمیتها در استاتیک
با توجه به آنکه در استاتیک به کمیتهای برداری مانند نیرو نیاز است درنتیجه لازم است تا قوانین حاکم بر این کمیتها را بدانیم.
برآیند بردارها: برای به دست آوردن برآیند دو بردار دو روش متوازیالاضلاع و مثلث به کار برده میشود.
روش متوازیالاضلاع: در این روش ابتدا از یک نقطه، برداری که هم سنگ بردار اول است رسم میکنیم. سپس از ابتدای همان بردار، بردار دیگری که همسنگ بردار دوم است، رسم میکنیم. برای آنکه متوازیالاضلاع ترسیم شود از انتهای بردار اول به موازات بردار دوم خط موازی را رسم میکنیم. سپس از انتهای بردار دوم به موازات بردار اول خط دیگری رسم میکنیم. متوازیالاضلاع را میشود. قطر متوازیالاضلاعی که رسم کردهاید برآیند بردارها است.
روش مثلث: ابتدا برداری همسنگ با بردار اول رسم کنید. سپس از انتهای برداری که رسم کردید، یک بردار دیگر طوری که همسنگ بردار دوم باشد رسم کنید. ابتدای بردار اول را به انتهای بردار دوم وصل کرده و نتیجه حاصل برآیند دو بردار خواهد بود.
تفاضل بردارها
برای پیدا کردن تفاضل دو بردار لازم است از دو روش متوازیالاضلاع و مثلت کمک بگیرید.
منابع
Engineering Statics: Open and Interactive
جمع بندی
استاتیک شاخهای از مکانیک است که به بررسی نیروهایی میپردازد که بر روی اجسام در حالت تعادل ایستا یا دینامیکی عمل میکنند. استاتیک تشکیل شده از نیروهایی است که در انواع نیروهای تماسی و حجمی قرار میگیرند.
آکادمی نیک درس امیدوار است که بتواند گامی کوچک در کمک به شما عزیزان برای به دست آوردن مهارت در حرفههای مختلف داشته باشد.
قدر تکتک لحظهها را بدانید و شادباشید.
- همه دوره ها
- دانشگاهی
4 دیدگاه
به گفتگوی ما بپیوندید و دیدگاه خود را با ما در میان بگذارید.