Dalam proses mempelajari statika, yang merupakan salah satu bagian penyusun mekanika, peran utama diberikan pada aksioma dan konsep dasar. Hanya ada lima aksioma dasar. Beberapa diantaranya diketahui dari pelajaran fisika sekolah, karena merupakan hukum Newton.
Definisi mekanik
Pertama-tama, harus disebutkan bahwa statika adalah bagian dari mekanika. Yang terakhir harus dijelaskan secara lebih rinci, karena berhubungan langsung dengan statika. Pada saat yang sama, mekanika adalah istilah yang lebih umum yang menggabungkan dinamika, kinematika, dan statika. Semua mata pelajaran ini dipelajari di kursus fisika sekolah dan diketahui semua orang. Bahkan aksioma-aksioma yang termasuk dalam studi statika didasarkan pada hukum-hukum Newton yang diketahui dari tahun-tahun sekolah. Namun, ada tiga di antaranya, sedangkan aksioma dasar statika ada lima. Kebanyakan dari mereka menyangkut aturan untuk menjaga keseimbangan dan gerakan seragam bujursangkar dari tubuh atau titik material tertentu.
Mekanika adalah ilmu tentang cara bergerak yang paling sederhanamateri - mekanis. Gerakan paling sederhana dianggap sebagai tindakan yang direduksi menjadi gerakan dalam ruang dan waktu objek fisik dari satu posisi ke posisi lain.
Apa yang dipelajari mekanik
Dalam mekanika teoretis, hukum-hukum umum gerak dipelajari tanpa memperhitungkan sifat-sifat individu benda, kecuali sifat-sifat ekstensi dan gravitasi (ini menyiratkan sifat-sifat partikel materi yang saling tertarik atau memiliki berat tertentu).
Definisi dasar termasuk gaya mekanik. Istilah ini mengacu pada gerakan, yang secara mekanis ditransmisikan dari satu tubuh ke tubuh kedua selama interaksi. Menurut banyak pengamatan, ditentukan bahwa gaya dianggap sebagai besaran vektor, yang dicirikan oleh arah dan titik penerapan.
Dalam hal metode konstruksi, mekanika teoretis mirip dengan geometri: mekanika teoretis juga didasarkan pada definisi, aksioma, dan teorema. Selain itu, koneksi tidak berakhir dengan definisi sederhana. Sebagian besar gambar yang berhubungan dengan mekanika pada umumnya dan statika pada khususnya berisi aturan dan hukum geometri.
Mekanika teoretis mencakup tiga subbagian: statika, kinematika, dan dinamika. Yang pertama, metode dipelajari untuk mengubah gaya yang diterapkan pada suatu objek dan benda yang benar-benar kaku, serta kondisi untuk munculnya keseimbangan. Dalam kinematika, gerakan mekanis sederhana dianggap, yang tidak memperhitungkan gaya aksi. Dalam dinamika, pergerakan titik, sistem, atau benda tegar dipelajari, dengan mempertimbangkan gaya yang bekerja.
Aksioma statika
Pertama, pertimbangkankonsep dasar, aksioma statika, jenis sambungan dan reaksinya. Statika adalah keadaan keseimbangan dengan gaya yang diterapkan pada benda yang benar-benar kaku. Tugasnya mencakup dua poin utama: 1 - konsep dasar dan aksioma statika mencakup penggantian sistem gaya tambahan yang diterapkan pada tubuh oleh sistem lain yang setara dengannya. 2 - derivasi aturan umum di mana tubuh di bawah pengaruh gaya yang diterapkan tetap dalam keadaan istirahat atau dalam proses gerak lurus translasi seragam.
Objek dalam sistem seperti itu biasanya disebut titik material - benda yang dimensinya dapat dihilangkan dalam kondisi tertentu. Sekumpulan titik atau badan yang saling berhubungan dalam beberapa cara disebut sistem. Kekuatan pengaruh timbal balik antara benda-benda ini disebut internal, dan kekuatan yang mempengaruhi sistem ini disebut eksternal.
Gaya yang dihasilkan dalam sistem tertentu adalah gaya yang setara dengan sistem gaya yang dikurangi. Gaya-gaya yang membentuk sistem ini disebut gaya-gaya konstituen. Gaya penyeimbang sama besarnya dengan resultan, tetapi diarahkan ke arah yang berlawanan.
Dalam statika, ketika memecahkan masalah perubahan sistem gaya yang mempengaruhi benda tegar, atau keseimbangan gaya, sifat geometris vektor gaya digunakan. Dari sini definisi statika geometri menjadi jelas. Statika analitik berdasarkan prinsip perpindahan yang dapat diterima akan dijelaskan dalam dinamika.
Konsep dasar dan aksiomastatika
Kondisi agar benda berada dalam kesetimbangan diturunkan dari beberapa hukum dasar, yang digunakan tanpa bukti tambahan, tetapi dikonfirmasi dalam bentuk eksperimen, yang disebut aksioma statika.
- Aksioma I disebut hukum pertama Newton (aksioma inersia). Setiap benda tetap dalam keadaan istirahat atau gerak lurus seragam sampai saat kekuatan eksternal bekerja pada benda ini, menghilangkannya dari keadaan ini. Kemampuan tubuh ini disebut inersia. Ini adalah salah satu sifat dasar materi.
- Aksioma II - hukum ketiga Newton (aksioma interaksi). Ketika satu benda bekerja pada benda lain dengan gaya tertentu, benda kedua, bersama dengan benda pertama, akan bekerja padanya dengan gaya tertentu, yang sama dalam nilai absolut, berlawanan arah.
- Aksioma III - kondisi keseimbangan dua kekuatan. Untuk memperoleh keseimbangan benda bebas, yang berada di bawah pengaruh dua gaya, cukup bahwa gaya-gaya ini sama dalam modulusnya dan berlawanan arah. Hal ini juga terkait dengan poin berikutnya dan termasuk dalam konsep dasar dan aksioma statika, keseimbangan sistem gaya menurun.
- Aksioma IV. Kesetimbangan tidak akan terganggu jika sistem gaya yang seimbang diterapkan atau dipindahkan dari benda tegar.
- Aksioma V adalah aksioma jajaran genjang gaya. Resultan dari dua gaya yang berpotongan diterapkan pada titik perpotongannya dan diwakili oleh diagonal jajar genjang yang dibangun di atas gaya-gaya ini.
Koneksi dan reaksinya
Dalam mekanika teoretis suatu titik material,Dua definisi dapat diberikan untuk sistem dan benda tegar: bebas dan tidak bebas. Perbedaan antara kata-kata ini adalah bahwa jika pembatasan yang ditentukan sebelumnya tidak dikenakan pada pergerakan suatu titik, badan atau sistem, maka objek-objek ini menurut definisi akan bebas. Dalam situasi sebaliknya, objek biasanya disebut tidak bebas.
Keadaan fisik yang menyebabkan pembatasan kebebasan objek material bernama disebut ikatan. Dalam statika, mungkin ada koneksi sederhana yang dilakukan oleh benda kaku atau fleksibel yang berbeda. Gaya aksi ikatan pada suatu titik, sistem atau benda disebut reaksi ikatan.
Jenis koneksi dan reaksinya
Dalam kehidupan sehari-hari, sambungan dapat diwakili oleh benang, tali, rantai atau tali. Dalam mekanika, ikatan tanpa bobot, fleksibel dan tidak dapat diperpanjang diambil untuk definisi ini. Reaksi, masing-masing, dapat diarahkan di sepanjang utas, tali. Pada saat yang sama, ada koneksi, yang garis aksinya tidak dapat segera ditentukan. Sebagai contoh konsep dasar dan aksioma statika, kita dapat menyebutkan engsel silinder tetap.
Ini terdiri dari baut silinder tetap, di mana selongsong dengan lubang silinder diletakkan, diameternya tidak melebihi ukuran baut. Ketika tubuh diikat ke busing, yang pertama hanya dapat berputar di sepanjang sumbu engsel. Dalam engsel yang ideal (asalkan gesekan permukaan selongsong dan baut diabaikan), hambatan muncul untuk perpindahan selongsong dalam arah tegak lurus terhadap permukaan baut dan selongsong. Untuk alasan ini, reaksiEngsel yang ideal memiliki arah sepanjang normal - jari-jari baut. Di bawah pengaruh gaya yang bekerja, busing dapat menekan baut pada titik yang sewenang-wenang. Dalam hal ini, arah reaksi pada engsel silinder tetap tidak dapat ditentukan sebelumnya. Dari reaksi ini, hanya lokasinya pada bidang yang tegak lurus terhadap sumbu engsel yang dapat diketahui.
Selama penyelesaian masalah, reaksi engsel akan ditentukan dengan metode analitik dengan memperluas vektor. Konsep dasar dan aksioma statika termasuk metode ini. Nilai proyeksi reaksi dihitung dari persamaan kesetimbangan. Hal yang sama dilakukan dalam situasi lain, termasuk ketidakmungkinan menentukan arah reaksi ikatan.
Sistem gaya konvergen
Jumlah definisi dasar dapat mencakup sistem gaya yang menyatu. Apa yang disebut sistem gaya konvergen akan disebut sistem di mana garis-garis aksi berpotongan di satu titik. Sistem ini mengarah pada resultan atau berada dalam keadaan setimbang. Sistem ini juga diperhitungkan dalam aksioma yang disebutkan sebelumnya, karena dikaitkan dengan menjaga keseimbangan tubuh, yang disebutkan dalam beberapa posisi sekaligus. Yang terakhir menunjukkan baik penyebab yang diperlukan untuk menciptakan keseimbangan, dan faktor-faktor yang tidak akan menyebabkan perubahan dalam keadaan ini. Resultan dari sistem gaya konvergen ini sama dengan jumlah vektor dari gaya-gaya yang disebutkan.
Keseimbangan sistem
Sistem gaya konvergen juga termasuk dalam konsep dasar dan aksioma statika ketika belajar. Untuk menemukan sistem dalam kesetimbangan, kondisi mekanismenjadi nilai nol dari gaya yang dihasilkan. Karena jumlah vektor gaya adalah nol, poligon dianggap tertutup.
Dalam bentuk analitik, kondisi kesetimbangan sistem akan menjadi sebagai berikut: sistem spasial gaya konvergen dalam kesetimbangan akan memiliki jumlah aljabar proyeksi gaya pada masing-masing sumbu koordinat sama dengan nol. Karena dalam situasi keseimbangan seperti itu resultan akan menjadi nol, maka proyeksi pada sumbu koordinat juga akan menjadi nol.
Momen gaya
Definisi ini berarti perkalian vektor dari vektor titik penerapan gaya. Vektor momen gaya diarahkan tegak lurus terhadap bidang di mana gaya dan titik terletak, ke arah dari mana rotasi dari aksi gaya terlihat terjadi berlawanan arah jarum jam.
Pasangan kekuatan
Definisi ini mengacu pada sistem yang terdiri dari sepasang gaya paralel, sama besarnya, diarahkan ke arah yang berlawanan dan diterapkan pada sebuah benda.
Momen sepasang gaya dapat dianggap positif jika gaya-gaya dari pasangan diarahkan berlawanan arah jarum jam dalam sistem koordinat tangan kanan, dan negatif - jika gaya tersebut searah jarum jam dalam sistem koordinat kiri. Saat menerjemahkan dari sistem koordinat kanan ke kiri, orientasi gaya dibalik. Nilai minimum jarak antara garis-garis aksi gaya disebut bahu. Dari sini dapat disimpulkan bahwa momen sepasang gaya adalah vektor bebas, modulo sama dengan M=Fh dan tegak lurus terhadap bidang aksi.arah yang dari atas vektor gaya yang diberikan berorientasi positif.
Keseimbangan dalam sistem gaya arbitrer
Kondisi kesetimbangan yang diperlukan untuk sistem gaya spasial arbitrer yang diterapkan pada benda tegar adalah lenyapnya vektor dan momen utama terhadap setiap titik dalam ruang.
Dari sini dapat disimpulkan bahwa untuk mencapai keseimbangan gaya-gaya paralel yang terletak pada bidang yang sama, diperlukan dan cukup bahwa jumlah proyeksi gaya-gaya yang dihasilkan pada sumbu paralel dan jumlah aljabar semua komponen momen yang diberikan oleh gaya relatif terhadap titik acak sama dengan nol.
Pusat gravitasi tubuh
Menurut hukum gravitasi universal, setiap partikel di sekitar permukaan bumi dipengaruhi oleh gaya tarik menarik yang disebut gravitasi. Dengan dimensi kecil tubuh di semua aplikasi teknis, seseorang dapat mempertimbangkan gaya gravitasi dari partikel individu tubuh sebagai sistem gaya paralel praktis. Jika kita menganggap semua gaya gravitasi partikel sejajar, maka resultannya secara numerik akan sama dengan jumlah berat semua partikel, yaitu berat benda.
Subjek kinematika
Kinematika adalah cabang mekanika teoretis yang mempelajari gerak mekanis suatu titik, sistem titik, dan benda tegar, terlepas dari gaya yang memengaruhinya. Newton, berangkat dari posisi materialistis, menganggap sifat ruang dan waktu sebagai objektif. Newton menggunakan definisi absolutruang dan waktu, tetapi memisahkannya dari materi yang bergerak, sehingga ia dapat disebut sebagai ahli metafisika. Materialisme dialektik menganggap ruang dan waktu sebagai bentuk objektif dari keberadaan materi. Ruang dan waktu tanpa materi tidak mungkin ada. Dalam mekanika teoretis dikatakan bahwa ruang termasuk benda yang bergerak disebut ruang Euclidean tiga dimensi.
Dibandingkan dengan mekanika teoretis, teori relativitas didasarkan pada konsep ruang dan waktu lainnya. Munculnya geometri baru yang diciptakan oleh Lobachevsky membantu. Tidak seperti Newton, Lobachevsky tidak memisahkan ruang dan waktu dari penglihatan, menganggap yang terakhir sebagai perubahan posisi beberapa benda relatif terhadap yang lain. Dalam karyanya sendiri, ia menunjukkan bahwa di alam, hanya gerakan yang diketahui manusia, yang tanpanya representasi sensorik menjadi tidak mungkin. Dari sini dapat disimpulkan bahwa semua konsep lain, misalnya, yang geometris, dibuat secara artifisial oleh pikiran.
Dari sini jelas bahwa ruang dianggap sebagai manifestasi dari hubungan antara benda yang bergerak. Hampir satu abad sebelum teori relativitas, Lobachevsky menunjukkan bahwa geometri Euclidean terkait dengan sistem geometri abstrak, sedangkan di dunia fisik hubungan spasial ditentukan oleh geometri fisik, yang berbeda dari Euclidean, di mana sifat-sifat waktu dan ruang digabungkan. dengan sifat-sifat materi yang bergerak dalam ruang dan waktu.
TidakPerlu dicatat bahwa para ilmuwan terkemuka dari Rusia di bidang mekanika secara sadar berpegang pada posisi materialistis yang benar dalam interpretasi semua definisi utama mekanika teoretis, khususnya waktu dan ruang. Pada saat yang sama, pendapat tentang ruang dan waktu dalam teori relativitas serupa dengan gagasan tentang ruang dan waktu para pendukung Marxisme, yang diciptakan sebelum munculnya karya-karya teori relativitas.
Saat bekerja dengan mekanika teoretis saat mengukur ruang, meter diambil sebagai unit utama, dan detik diambil sebagai waktu. Waktu adalah sama di setiap kerangka acuan dan tidak tergantung pada pergantian sistem ini dalam hubungannya satu sama lain. Waktu ditunjukkan dengan simbol dan diperlakukan sebagai variabel kontinu yang digunakan sebagai argumen. Selama pengukuran waktu, definisi interval waktu, momen waktu, waktu awal diterapkan, yang termasuk dalam konsep dasar dan aksioma statika.
Mekanik teknis
Dalam aplikasi praktis, konsep dasar dan aksioma statika dan mekanika teknis saling berhubungan. Dalam mekanika teknis, baik proses mekanis gerak itu sendiri maupun kemungkinan penggunaannya untuk tujuan praktis dipelajari. Misalnya, saat membuat struktur teknis dan bangunan serta menguji kekuatannya, yang memerlukan pengetahuan singkat tentang konsep dasar dan aksioma statika. Pada saat yang sama, studi singkat seperti itu hanya cocok untuk amatir. Di lembaga pendidikan khusus, topik ini sangat penting, misalnya, dalam hal sistem kekuatan, konsep dasar danaksioma statika.
Dalam mekanika teknis, aksioma di atas juga diterapkan. Misalnya, aksioma 1, konsep dasar dan aksioma statika terkait dengan bagian ini. Sedangkan aksioma pertama menjelaskan prinsip menjaga keseimbangan. Dalam mekanika teknis, peran penting diberikan tidak hanya pada pembuatan perangkat, tetapi juga pada struktur yang stabil, dalam konstruksi yang stabilitas dan kekuatannya menjadi kriteria utama. Namun, tidak mungkin membuat sesuatu seperti ini tanpa mengetahui aksioma dasar.
Keterangan umum
Bentuk paling sederhana dari gerakan benda padat meliputi gerak translasi dan rotasi benda. Dalam kinematika benda tegar, untuk berbagai jenis gerakan, karakteristik kinematik dari gerakan titik-titiknya yang berbeda diperhitungkan. Gerak rotasi suatu benda mengelilingi suatu titik tetap adalah suatu gerak di mana suatu garis lurus yang melalui sepasang titik sembarang selama gerak benda itu tetap diam. Garis lurus ini disebut sumbu rotasi benda.
Dalam teks di atas, konsep dasar dan aksioma statika diberikan secara singkat. Pada saat yang sama, ada sejumlah besar informasi pihak ketiga yang dengannya Anda dapat lebih memahami statika. Jangan lupa data dasarnya, dalam kebanyakan contoh konsep dasar dan aksioma statika termasuk benda yang benar-benar kaku, karena ini adalah jenis standar untuk sebuah objek yang mungkin tidak dapat dicapai dalam kondisi normal.
Maka kita harus mengingat aksioma. Misalnya, konsep dasar dan aksiomastatika, ikatan dan reaksinya termasuk di antaranya. Terlepas dari kenyataan bahwa banyak aksioma hanya menjelaskan prinsip mempertahankan keseimbangan atau gerak seragam, ini tidak meniadakan signifikansinya. Mulai dari kursus sekolah, aksioma dan aturan ini dipelajari, karena mereka adalah hukum Newton yang terkenal. Kebutuhan untuk menyebutkannya terkait dengan aplikasi praktis dari pengetahuan statika dan mekanika secara umum. Contohnya adalah mekanika teknis, di mana selain menciptakan mekanisme, juga harus memahami prinsip merancang bangunan berkelanjutan. Berkat informasi ini, konstruksi yang benar dari struktur biasa menjadi mungkin.
