La statique est la science des méthodes de quantification de la force d'interaction entre les corps. Ces forces sont responsables du maintien de l'équilibre, du déplacement des corps ou de la modification de leur forme. Dans la vie de tous les jours, vous pouvez voir de nombreux exemples différents chaque jour. Les changements de mouvement et de forme sont essentiels à la fonctionnalité des objets artificiels et naturels.
Le concept de statique
Les fondations de la statique ont été posées il y a plus de 2 200 ans, lorsque le mathématicien grec Archimède et d'autres scientifiques de l'époque étudiaient les propriétés d'amplification et inventaient des mécanismes simples tels qu'un levier et un axe. La statique est une branche de la mécanique qui traite des forces qui agissent sur les corps au repos dans des conditions d'équilibre.
C'est la branche de la physique qui rend possible les procédures analytiques et graphiques nécessaires pour identifier et décrire ces forces inconnues. La section "statique" (physique) joue un rôle important dans de nombreuses branches de l'ingénierie, mécanique,civil, l'aviation et la bio-ingénierie, qui traitent des divers effets des forces. Lorsque le corps est au repos ou se déplace à une vitesse uniforme, nous parlons alors de ce domaine de la physique. La statique est l'étude du corps en équilibre.
Les méthodes et les résultats de cette branche de la science se sont révélés particulièrement utiles dans la conception de bâtiments, de ponts et de barrages, ainsi que de grues et d'autres dispositifs mécaniques similaires. Pour pouvoir calculer les dimensions de ces structures et équipements, les architectes et les ingénieurs doivent d'abord déterminer les forces qui agissent sur leurs parties interconnectées.
Axiomes de la statique
La statique est une branche de la physique qui étudie les conditions dans lesquelles les systèmes mécaniques et autres restent dans un certain état qui ne change pas avec le temps. Cette section de physique est basée sur cinq axiomes de base:
1. Un corps rigide est dans un état d'équilibre statique si deux forces de même intensité agissent sur lui, reposent sur la même ligne d'action et sont dirigées dans des directions opposées le long de la même ligne.
2. Un corps rigide restera dans un état statique jusqu'à ce qu'il soit affecté par des forces externes ou un système de forces.
3. La résultante de deux forces agissant au même point matériel est égale à la somme vectorielle des deux forces. Cet axiome obéit au principe de sommation vectorielle.
4. Deux corps en interaction réagissent l'un à l'autre avec deux forces d'égale intensité dans des directions opposées le long de la même ligne d'action. Cettel'axiome est aussi appelé le principe d'action et de réaction.
5. Si un corps déformable est dans un état d'équilibre statique, il ne sera pas perturbé si le corps physique reste dans un état solide. Cet axiome est aussi appelé principe de solidification.
Mécanique et ses sections
Physique en grec (physikos - "naturel" et "physis" - "nature") signifie littéralement la science qui traite de la nature. Il couvre toutes les lois et propriétés connues de la matière, ainsi que les forces qui agissent sur elle, y compris la gravité, la chaleur, la lumière, le magnétisme, l'électricité et d'autres forces qui peuvent modifier les caractéristiques de base des objets. L'une des branches de la science est la mécanique, qui comprend des sous-sections aussi importantes que la statique et la dynamique, ainsi que la cinématique.
La mécanique est une branche de la physique qui étudie les forces, les objets ou les corps au repos ou en mouvement. C'est l'une des plus grandes entités dans le domaine de la science et de la technologie. Les tâches en statique comprennent l'étude de l'état des corps sous l'influence de diverses forces. La cinématique est une branche de la physique (mécanique) qui étudie le mouvement des objets, quelles que soient les forces qui provoquent le mouvement.
Mécanique théorique: statique
La mécanique est une science physique qui considère le comportement des corps sous l'action de forces. Il existe 3 catégories de mécanique: les corps absolument rigides, les corps déformables et les liquides. Un corps rigide est un corps qui ne se déforme pas sous l'action deles forces. La mécanique théorique (statique - partie de la mécanique d'un corps absolument rigide) comprend également la dynamique, qui, à son tour, est divisée en cinématique et cinétique.
La mécanique d'un corps déformable traite de la répartition des forces à l'intérieur du corps et des déformations qui en résultent. Ces forces internes provoquent certaines contraintes dans le corps, ce qui peut éventuellement entraîner une modification du matériau lui-même. Ces problèmes sont étudiés dans les cours de résistance des matériaux.
La mécanique des fluides est une branche de la mécanique qui traite de la répartition des forces dans les liquides ou les gaz. Les fluides sont largement utilisés en ingénierie. Ils peuvent être classés comme incompressibles ou compressibles. Les applications incluent l'hydraulique, l'aérospatiale et bien d'autres.
Le concept de dynamique
La dynamique traite de la force et du mouvement. La seule façon de modifier le mouvement d'un corps est d'utiliser la force. Outre la force, la dynamique étudie d'autres concepts physiques, parmi lesquels les suivants: énergie, quantité de mouvement, collision, centre de gravité, couple et moment d'inertie.
Statique et dynamique sont des états complètement opposés. La dynamique est l'étude des corps qui ne sont pas en équilibre, et l'accélération se produit. La cinétique est l'étude des forces qui provoquent le mouvement, ou des forces qui résultent du mouvement. Contrairement à un concept tel que la statique, la cinématique est la doctrine du mouvement d'un corps, qui ne tient pas compte du fait quecomment se fait le mouvement. On l'appelle parfois la "géométrie du mouvement".
Cinématique
Les principes cinématiques sont souvent appliqués pour analyser la détermination de la position, de la vitesse et de l'accélération dans diverses parties de l'équipement pendant son fonctionnement. La cinématique considère le mouvement d'un point, d'un corps et d'un système de corps sans tenir compte des causes du mouvement. Le mouvement est décrit par un vecteur de quantités telles que le déplacement, la vitesse et l'accélération avec une indication d'un cadre de référence. Divers problèmes de cinématique sont résolus à l'aide de l'équation du mouvement.
Mécanique - statique: grandeurs fondamentales
L'histoire de la mécanique s'étend sur plus d'un siècle. Les principes de base de la statique ont été développés il y a longtemps. Toutes sortes de leviers, de plans inclinés et d'autres principes étaient nécessaires au cours des premières civilisations pour construire, par exemple, des structures aussi énormes que les pyramides.
Les grandeurs fondamentales en mécanique sont la longueur, le temps, la masse et la force. Les trois premiers sont dits absolus, indépendants les uns des autres. La force n'est pas une valeur absolue car elle est liée à la masse et aux changements de vitesse.
Longueur
Length est une valeur utilisée pour décrire la position d'un point dans l'espace par rapport à un autre point. Cette distance s'appelle l'unité standard de longueur. L'unité standard généralement acceptée pour mesurer la longueur est le mètre. Cette normedéveloppé et amélioré au fil des ans. Au départ, il s'agissait d'un dix-millionième partie du quadrant de la surface terrestre, avec lequel il était assez difficile de faire des mesures. Le 20 octobre 1983, le mètre a été défini comme la longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide en 1/299.792.458 de seconde.
Heure
Le temps est un certain intervalle entre deux événements. L'unité de temps standard généralement acceptée est la seconde. La seconde a été définie à l'origine comme 1/86,4 de la période de rotation moyenne de la Terre sur son axe. En 1956, la définition d'une seconde a été améliorée à 1/31,556 du temps nécessaire à la Terre pour effectuer une révolution autour du Soleil.
Messe
La masse est une propriété de la matière. Il peut être considéré comme la quantité de matière contenue dans le corps. Cette catégorie définit l'effet de la gravité sur le corps et la résistance aux changements de mouvement. Cette résistance au changement de mouvement s'appelle l'inertie, qui est le résultat de la masse du corps. L'unité de masse généralement acceptée est le kilogramme.
Puissance
La force est une unité dérivée, mais une unité très importante dans l'étude de la mécanique. Elle est souvent définie comme l'action d'un corps sur un autre, et peut ou non être le résultat d'un contact direct entre les corps. Les forces gravitationnelles et électromagnétiques sont des exemples du résultat d'un tel impact. Il y a deux principes d'influence, de forces qui tendent à modifier les mouvements du système et qui tendent àdéformations. L'unité de base de la force est le Newton dans le système SI et la livre dans le système anglais.
Équations d'équilibre
Static signifie que les objets en question sont absolument solides. La somme de toutes les forces agissant sur un corps au repos doit être égale à zéro, c'est-à-dire que les forces impliquées s'équilibrent et qu'il ne doit y avoir aucune tendance à des forces capables de faire tourner le corps autour de n'importe quel axe. Ces conditions sont indépendantes les unes des autres et leur expression sous forme mathématique constitue les équations dites d'équilibre.
Il existe trois équations d'équilibre, et donc seules trois forces inconnues peuvent être calculées. S'il y a plus de trois forces inconnues, cela signifie qu'il y a plus de composants dans la structure ou la machine qu'il n'en faut pour supporter certaines charges, ou qu'il y a plus de restrictions que nécessaire pour empêcher le corps de bouger.
De tels composants ou contraintes inutiles sont appelés redondants (par exemple, une table à quatre pieds a un redondant), et le système de forces est statiquement indéterminé. Le nombre d'équations disponibles en statique est limité, car tout corps rigide reste solide dans toutes les conditions, quelles que soient sa forme et sa taille.
