Statica

(Exemplu unei pârghii în echilibru static. Suma forțelor și momentelor este zero.)

Statica este ramura mecanicii care se ocupă cu analiza de sarcini (forțe și cupluri, sau „momente”), pe sisteme fizice în echilibru static, respectiv, într-o stare în care pozițiile relative ale subsistemelor nu variază în timp, sau unde componentele și structurile sale sunt la o viteză constantă. Când este în echilibru static, sistemul este fie în repaus, fie centrul său de masă se deplasează cu viteză constantă.

Prin prisma primei legi a lui Newton, această situație implică faptul că forța netă și cuplul net (cunoscut și ca momentul de forță) pe fiecare parte a sistemului este zero. Din această constrângere, caracteristici, cum ar fi tensiunea internă sau presiunea, pot fi derivate. Condiţia ca forțele nete să fie egale cu zero este cunoscută ca prima condiție pentru echilibru, iar cuplul net egal cu zero este cunoscut sub numele de a doua condiție de echilibru.

Vectori

Un scalar este o cantitate, ca de ex. masa sau temperatura, care are doar o magnitudine. Un vector este o cantitate care are atât o mărime cât și o direcție. Există mai multe notaţii pentru a identifica un vector, printre care:

• O literă aldină V
• O literă subliniată V
• O literă cu o săgeată deasupra.

Vectori pot fi ănsumaţi folosind legea paralelogramului sau legea triunghiului. Vectorii conțin componente în baze ortogonale. Vectorii unitate i, j, k sunt, prin convenție, de-a lungul axelor x, y, z, respectiv.

Forţa

Forţa este acțiunea unui corp asupra altui corp. O forță acţionează fie prin împingere, fie prin tragere. O forță tinde să deplaseze un corp în direcția acțiunii sale. Acțiunea unei forțe este caracterizată prin amploarea acestuia, prin direcția acțiunii sale, precum și prin punctul său de aplicare. Astfel forța este o mărime vectorială, pentru că efectul său depinde de direcția, și de intensitatea acțiunii.

Forțele sunt clasificate ca fiind de contact sau forțe ale unor corpuri. O forță de contact este produsă prin contact fizic direct; un exemplu este forța exercitată asupra unui corp de o suprafață de sprijin. O forță a unui corp este generată în virtutea poziției unui corp într-un câmp de forță, cum ar fi un câmp gravitațional, electric sau magnetic. Un exemplu de forță a unui corp este greutatea unui corp în atracția gravitațională a Pământului.

Momentul forţei

Pe lângă tendința de a deplasa un corp în direcția aplicării sale, o forță poate, de asemenea, avea tendința de a roti un corp în jurul unei axe. Axa poate fi orice linie care nici nu intersectează nici nu este paralelă cu linia de acțiune a forței. Această tendință de rotație este cunoscut ca fiind momentul (M) a forței. Momentul este, de asemenea, menționată ca un cuplu.

Teorema lui Varignon

Teorema Varignon afirmă că momentul unei forțe cu privire la orice punct este egal cu suma momentelor componentele forței în același punct.

Ecuațiile de echilibru

Echilibrul static al unei particule este un concept important în statică. O particulă este în echilibru numai dacă rezultanta tuturor forțelor care acționează asupra particulei este egală cu zero. Într-un sistem de coordonate rectangulare ecuațiile de echilibru pot fi reprezentate de trei ecuații scalare, unde sumele de forțe în toate cele trei direcții sunt egale cu zero.

Momentul de inerție

În mecanica clasică, momentul de inerție, numit şi moment de masă, inerție de rotație, moment polar al inerției de masă, sau masa unghiulară, (unități SI kg·m²) este o măsură a rezistenței unui obiect la modificările rotaţiei sale. Este inerția unui corp care se roteşte în raport cu rotația sa. Momentul de inerție joacă aproape același rol în dinamica de rotație ca masa în dinamică liniară, descriind relația dintre momentul cinetic și viteza unghiulară, cuplul și accelerația unghiulară, precum și mai multe alte entităţi. Simbolurile I și J sunt de obicei folosite pentru a se referi la momentul de inerție sau momentul polar de inerție.

În timp ce o simplă abordare scalară a momentului de inerție este suficientă în multe situații, o abordare mai avansată tensorială permite analiza unor astfel de sisteme complicate precum mişcarea titirezului sau giroscopică.

Conceptul a fost introdus de către Leonhard Euler în 1765 în cartea sa Theoria motus corporum solidorum seu rigidorum. El a analizat momentul de inerție și multe concepte conexe, cum ar fi axa principală de inerție.

Solide

Statica este utilizată în analiza de structuri, de exemplu, în domeniul ingineriei arhitecturale și structurale. Rezistența materialelor este un domeniu legat de mecanică, care se bazează foarte mult pe aplicarea echilibrului static. Un concept cheie este centrul de greutate al unui corp în repaus: acesta reprezintă un punct imaginar în care se află concentrate toatp masa unui corp. Poziția punctului în raport cu bazele pe care un corp este aşezat determină stabilitatea acestuia ca urmare a forțelor externe. În cazul în care centrul de greutate există în afara bazelor, atunci corpul este instabil, deoarece există un cuplu care acţionează: orice perturbare mică va determina corpul să cadă sau să se răstoarne. În cazul în care centrul de greutate se găseşte în interiorul bazelor, corpul este stabil, deoarece niciun cuplu net nu acţionează pe corp. Dacă centrul de greutate coincide cu bazele, atunci corpul este declarat a fi metastabil.

Fluide

Hidrostatica, cunoscută şi sub numele de statica fluidelor, se ocupă cu studiul fluidelor în repaus (adică în echilibru static). Caracteristica oricărui fluid în repaus este faptul că forța exercitată asupra oricărei particule de fluid este aceeași în toate punctele la aceeași adâncime (sau altitudine) în interiorul fluidului. Dacă forța netă este mai mare de zero, fluidul se va deplasa în direcția forței rezultate. Acest concept a fost formulat mai întâi într-o formă ușor extinsă de matematicianul și filozoful francez Blaise Pascal în 1647, și a devenit cunoscut sub numele de Legea lui Pascal. Ea are multe aplicații importante în hidraulică. Arhimede, Abū Rayhan al-Biruni, Al-Khazini și Galileo Galilei au fost, de asemenea, figuri majore în dezvoltarea hidrostaticii.

Traducere din Wikipedia