Что такое статика

Механическое воздействие

Механическое воздействие одного тела на другое – это такое воздействие, в результате которого могут происходить изменения скоростей точек тел без изменения их химического состава. Механическое воздействие может происходить при соприкосновении тел или на расстоянии – в результате действия электромагнитных или гравитационных полей.

Также действие пружины часто рассматривают как действие потенциального поля.

Сила – это мера механического воздействия тел, в результате которого свободное тело получает ускорение относительно инерциальной системы отсчета.

Действие силы на тело определяется двумя векторами – собственно вектором силы и точкой приложения этой силы к телу. Точку приложения также можно представить вектором , проведенным из начала отсчета системы координат в точку . В прямоугольной системе координат , вектор задается тремя проекциями силы на оси координат. Как и всякий вектор, он имеет модуль и направление. Вектор также имеет модуль и направление. Но они зависят от выбора системы координат, поэтому особого физического смысла не имеют. В то время, как модуль силы определяет интенсивность механического воздействия и не зависит от выбора системы координат. Направление вектора силы относительно тела также не зависит от выбора системы отсчета.

Обычно силу обозначают как вектор . Но вектор в математике – это три числа: его проекции на оси системы координат

В теоретической механике важное значение имеет точка приложения силы. Поэтому под силой обычно подразумевают два вектора – саму силу , и точку ее приложения

Линия действия силы – это прямая, параллельная вектору силы, проходящая через ее точку приложения.

На рисунке прямая – это линия действия силы , приложенной в точке . В статике, точку приложения силы можно перемещать вдоль ее линии действия, поскольку такое преобразование не меняет уравнений равновесия. А вот при изучении деформаций, перемещать точку приложения нельзя. В связи с этим вводят следующие определения.

Связанный вектор – это вектор, приложенный к определенной точке и не допускающий переноса в другие точки.

Скользящий вектор – это вектор, точку приложения которого можно перемещать вдоль линии его действия.

Свободный вектор – это вектор, точку приложения которого можно помещать в любую точку пространства.

Такм образом, если мы изучаем деформации в теле, то все приложенные к нему силы являются связанными векторами. Но в задачах теоретической механики, мы изучаем скорости движения тел, считая их твердыми. Перемещение точки приложения силы вдоль линии ее действия не меняет уравнений движения. Поэтому силы в теоретической механике являются скользящими векторами. Момент пары сил и угловая скорость вращения тела являются примерами свободных векторов.

Основные понятия

Про тело говорят, что оно находится в равновесии, если оно покоится или движется равномерно и прямолинейно относительно выбранной инерциальной системы отсчёта.

В статике материальные тела считают абсолютно твёрдыми, т.к. изменение размеров тел обычно мало по сравнению с начальными размерами.

Связи

На тело влияют внешние силы, а также другие материальные тела, ограничивающие перемещение данного тела в пространстве. Такие тела называют связями. Сила, с которой связь действует на тело, ограничивая его перемещение, называется реакцией связи. Для записи условия равновесия системы связи убирают, а реакции связей заменяют на равные им силы.

Например, если тело закреплено на шарнире, то шарнир является связью. Реакцией связи при этом будет сила, проходящая через ось шарнира.

Системы сил

Если систему сил, действующих на твёрдое тело, можно заменить на другую систему сил, не изменяя механического состояния тела, то такие системы сил называются эквивалентными.

Для любой системы сил, приложенных к твёрдому телу, можно найти эквивалентную систему сил, состоящую из силы, приложенной в заданной точке (центре приведения), и пары сил (теорема Пуансо). Эта сила называется главным вектором системы сил, а момент, создаваемый парой сил — главным моментом относительно выбранного центра приведения.
Главный вектор равен векторной сумме всех сил системы и не зависит от выбранного центра приведения. Главный момент равен сумме моментов всех сил системы относительно центра приведения.

Пример статического равновесия при равенстве нулю суммы всех сил. 1 — сила реакции нормального давления, 7 — сила реакции в шарнире.

eternai

Для того чтобы привести все тело в тонус, не достаточно только активных движений, нужен комплекс статических упражнений. Какова же польза от них? Что такое статические упражнения и каким образом они влияют на фигуру? Рассмотрим все эти вопросы детально ниже.

Что такое статические упражнения?

Статическое упражнение подразумевает под собой наличие напряжения мышц, но при этом отсутствие движения. Тело и конечности человека находятся в неподвижном состоянии, но слишком в большом напряжении и ощущают большую нагрузку на себе.

Польза и вред статических упражнений

Такие упражнения используют не слишком, больше предпочитая динамические. Но подобная тренировка вполне естественна для мышц спины, когда хребет постоянно удерживает ровное положение и постоянно находится в тонусе. Польза от таких упражнений очень велика.

Если использовать их даже вполсилы, то вся нагрузка моментально распределится на красные мышечные волокна, а это, в свою очередь, приведет к изменениям тела, например, похудению, поскольку активно будет сжигаться жир.Это упражнение имеет большой плюс — так, покупать дорогостоящие тренажеры или другие приспособления совсем не нужно.

Такой статический вид работы можно делать в домашних условиях, и все необходимое уже есть у вас под рукой.

Используем комплекс статических упражнений

Чаще всего профессиональные тренеры советуют использовать комплекс из статических и динамических типов упражнений. Выполнять их нужно до появления первых признаков жжения в мышцах. Как только вы это почувствовали, нужно сразу все прекратить и дать мышцам отдохнуть.

Такой отдых, дающий мышцам минутное расслабление, очень важен для общей эффективности. В основном достаточно будет и 10—15 секунд, чтобы сделать это упражнение. Главное помнить, что во время упражнения нельзя задерживать воздух.

Лучше дышать спокойно и медленно, чтобы не нанести вред своему организму.

Как происходит статическая тренировка?

Перед тем как начать делать статику, нужно сделать хорошую разминку для тела. Мышцы должны быть идеально разогреты. Тренеры советуют сделать небольшую пробежку или глубокие приседания. После разминки все ваши мышцы уже будут готовы к работе.Если у вас есть возможность, то в Интернете можно найти много вариантов видео, где показан статический тип тренировки.

Разберем пару примеров, где задействована не одна мышца.

1. Упор лежа. Начинайте отжиматься от пола, но только наполовину. Зафиксируйтесь в таком положении на 10 секунд.
2. Руки сожмите в кулаки, станьте напротив стола и попробуйте будто отодвинуть стол, направляя руки от себя. Задержитесь на 10 секунд.
3. Станьте напротив стола, положите на него руки и попробуйте нажать на стол, будто пытаясь вогнать его под землю. Выполняйте не более 10 секунд. Расслабьтесь и повторите упражнение.
4. Тренировка выполняется на турнике. Попробуйте подтянуться и одновременно поджать под себя колени. Задержитесь и потом расслабьтесь. Данное упражнение очень хорошо тренирует пресс.

Это лишь небольшой перечень упражнений. Главное, вы должны понять саму суть тренировки и то, как она влияет на ваш общий физический тип вашего тела. Но не старайтесь делать упражнения больше 10 раз, лучше через некоторое время опять их повторить. Это будет более эффективно, чем все и сразу.

Важно помнить и о том, что существуют и противопоказания к статическому типу тренировки. Если у вас слабая сердечно-сосудистая система, то лучше проконсультироваться с врачом. Потому, что при статических упражнениях длина ваших мышц резко меняется, сердечно-сосудистая система может сильно страдать от такого влияния на организм

Потому, что при статических упражнениях длина ваших мышц резко меняется, сердечно-сосудистая система может сильно страдать от такого влияния на организм.

Так же, стоит отметить, что статические упражнения могут навредить, если выполнять их неправильно, или же слишком интенсивно – происходит нарушения в организме, а так же вы можете заработать себе травму.

Как видите, даже выполняя такой пассивный способ тренировки, можно получить хороший результат в виде красивого и подтянутого тела.

Статические упражнения вред и польза

Определение слова «Статика» по БСЭ:

Статика (от греч. statike — учение о весе, о равновесии)раздел механики, посвященный изучению условий равновесия материальных тел под действием сил. С. разделяют на геометрическую и аналитическую. В основе аналитической С. лежит возможных перемещении принцип, дающий общие условия равновесия любой механической системы. Геометрическая С. основывается на т. н. аксиомах С., выражающих свойства сил, действующих на материальную частицу и абсолютно твёрдое тело, т. е. тело, расстояния между точками которого всегда остаются неизменными. Основные аксиомы С. устанавливают, что: 1) две силы, действующие на материальную частицу, имеют равнодействующую, определяемую по правилу параллелограмма сил. 2) две силы, действующие на материальную частицу (или абсолютно твёрдое тело), уравновешиваются только тогда, когда они одинаковы по численной величине и направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны. 3) прибавление или вычитание уравновешенных сил не изменяет действия данной системы на твёрдое тело. При этом уравновешенными называются силы, под действием которых свободное твёрдое тело может находиться в покое по отношению к инерциальной системе отсчёта.Методами геометрической С. изучается С. твёрдого тела. При этом рассматриваются решения следующих двух типов задач: 1) приведение систем сил, действующих на твёрдое тело, к простейшему виду. 2) определение условий равновесия сил, действующих на твёрдое тело.Необходимые и достаточные условия равновесия упруго деформируемых тел, а также жидкостей и газов рассматриваются соответственно в упругости теории, гидростатике и аэростатике.К основным понятиям С. относится понятие о силе, о моменте силы относительно центра и относительно оси и о паре сил. Сложение сил и их моментов относительно центра производится по правилу сложения векторов. Величина R, равная геометрической сумме всех сил F_k, действующих на данное тело, называется главным вектором этой системы сил, а величина М, равная геометрической сумме моментов m(F_k) этих сил относительно центра O, называется главным моментом системы сил относительно указанного центра:R = &sum. F_k, M = &sum. m(F_k).Решение задачи приведения сил даёт следующий основной результат: любая система сил, действующих на абсолютно твёрдое тело, эквивалентна одной силе, равной главному вектору R системы и приложенной в произвольно выбранном центре О, и одной паре сил с моментом, равным главному моменту M системы относительно этого центра. Отсюда следует, что любую систему действующих на твёрдое тело сил можно задать её главным вектором и главным моментом. Этим результатом широко пользуются на практике, когда задают, например, аэродинамические силы, действующие на самолёт или ракету, усилия в сечении балки и др.Простейший вид, к которому можно привести данную систему сил, зависит от значений R и M. Если R = 0, а M &ne. 0, то данная система сил заменяется одной парой с моментом M. Если же R &ne. 0, а M = 0 или M &ne. 0, но векторы R и Mвзаимно перпендикулярны (что, например, всегда имеет место для параллельных сил или сил, лежащих на одной плоскости), то система сил приводится к равнодействующей, равной r.Наконец, когда R &ne. 0, M &ne. 0 и эти векторы не взаимно перпендикулярны, система сил заменяется совокупным действием силы и пары (или двумя скрещивающимися силами) и равнодействующей не имеет.Для равновесия любой системы сил, действующих на твёрдое тело, необходимо и достаточно обращение величины R и M в нуль. Вытекающие отсюда уравнения, которым должны удовлетворять действующие на тело силы при равновесии, см. в ст. Равновесие механической системы. Равновесие системы тел изучают, составляя уравнения равновесия для каждого тела в отдельности и учитывая закон равенства действия и противодействия. Если общее число реакций связей окажется больше числа уравнений, содержащих эти реакции, то соответствующая система тел является статически неопределимой. для изучения её равновесия надо учесть деформации тел.Графические методы решения задач С. основываются на построении многоугольника сил и верёвочного многоугольника.Лит.: Пуансо Л., Начала статики, П., 1920. Жуковский Н. Е., Теоретическая механика, 2 изд., М. — Л., 1952. Воронков И. М., Курс теоретической механики, 9 изд., М., 1961. Тарг С. М., Краткий курс теоретической механики, 9 изд., М., 1974. см. также лит. при ст. Механика.С. М. Тарг.

Что такое статическое электричество, как оно образуется

Как я уже сказал, статическое электричество может воздействовать на нас в различных местах, в любой момент, даже тогда, когда вы просто пытаетесь открыть дверь, касаясь дверной ручки.

Чтобы понять причину появления статического электричества для начала нужно вспомнить о природе материи.

Как вы знаете вся материя состоит из атомов, которые, в свою очередь, состоят из трех разных видов более мелких частиц:

— отрицательно заряженных электронов

— положительно заряженных протонов

— не имеющих зарядов нейтронов

В большинстве тел, чаще всего, электроны и протоны полностью компенсируют друг друга, их количество в атомах равное, соответственно, эти предметы электронейтральны.

Но так как электроны очень маленькие частицы и их масса незначительна, то даже обычное трение даёт слабо связанным электронам достаточно энергии, чтобы они покинули свои атомы и перешли в атомы на другой поверхности.

Когда это происходит у одного объекта протонов остаётся больше, чем электронов, и он становится положительно заряженным, а объект у которого больше электронов, наоборот, накапливает отрицательный заряд. Такая ситуация называется дисбалансом зарядов или еще разделением зарядов.

Но как вы знаете, природа постоянно стремится к восстановлению равновесия поэтому, когда одно из заряженных тел вступает в контакт с другим, свободные электроны немедленно используют эту возможность попасть туда где они нужнее, где их не хватает – покинув отрицательно заряженный объект, чтобы восстановить баланс.

Вот это перескакивание электронов от отрицательно заряженного тела и есть знакомое всем явление — статическое электричество, называемое еще статическим разрядом.

К счастью это происходит далеко не с каждым объектом, иначе нас бы било током постоянно.

Чаще всего слабо связанными электронами обладают материалы – электрические проводники, самым ярким представителем которых являются металлы. А вот у диэлектриков, изоляторов, материалов, плохо проводящих электрический ток, электроны прочносвязанные, они свободно не переходят к атомам других материалов.

С большей вероятностью накапливание электрического разряда происходит именно при взаимодействии проводника с диэлектриком, при трении одного материала о другой.

Так, например, когда вы просто идёте по ковру, электроны вашего тела, из-за трения ног об ковер, перемещаются на него, так как человеческое тело проводник электрического тока. В то же время материал ковра – шерсть, сопротивляется отделению своих прочносвязанных электронов, являясь диэлектриком.

И хотя в момент, когда вы находитесь на ковре, ваше тело и ковер вместе остаются электрически нейтральными у них уже есть разделение разрядов.

И теперь, когда вы просто дотрагиваетесь до металлической дверной ручки – немедленно ощущаете статический разряд. Всё дело в том, что свободные электроны с металлической ручки перескакивают на вашу руку замещая потерянные вашим телом электроны, которые перескочили на ковер.

Теперь, я думаю, вам понятно, что такое статическое электричество и почему оно образуется. Кстати, его самым ярким проявлением в природе являются молнии.

При определенных условиях в облаках происходит разделение зарядов, после чего этот дисбаланс нейтрализуется, электроны высвобождаются и поглощаются другими телами – домами, землей или даже другим облаком, с образованием гигантской вспышки – молнии.

Набор аксиом

Аксиомы статики – это набор важных постулатов, которые являются общепринятыми и определяют положение определенных установок.

Силовая система, которую прикладывают к определенной точке материи, может относиться к уравновешенному или эквивалентному нулю, если действие данной системы не может вывести тело из состояния покоя или придает ему инерционную форму. Чтобы приложить к объекту силы, но не нарушить его механический покой, необходимо пользоваться уравновешенной силовой системой.

Утверждения о наличии действия и противодействия гласят, что при любом воздействии одним телом на другое последнее будет оказывать противодействие в равносильном виде. Оно будет обладать аналогичной величиной, но «двигаться» в противоположном направлении.

Говоря о 2 силах, можно утверждать, что их приложение к общему телу будет уравновешенным только в случае, если их показатели воздействия обладают равной величиной и действуют, направляясь в противоположные направления, но находятся на одной прямой.

Понятие равнодействующей утверждает, что такими можно назвать силы, которые прикладываются к общей точке и обладают равной диагональю параллелограмма, построенного на силах, используемых в качестве сторон.

Постановка аксиомы затвердения гласит, что тела, подверженные деформации, но обладающие равновесием, будут им же располагать и после окончания процесса затвердения.

Еще одним основным понятием статики, принявшим форму закона, является аксиома о связях. Она утверждает, что состояние механического типа системы не будет изменяться, если освобождать ее от набора связей, но прикладывать туда же равнодействующие силы, аналогичные величине силы реакции связи.

Общее количество потенциала сил внутреннего типа соответствует нулю.

Вред и польза от статистического электричества

Статический заряд пытались использовать многие ученые и изобретатели. Создавались громоздкие агрегаты, польза от которых была низкой. Полезным оказалось открытие учеными коронного разряда. Он широко используется в промышленности. С помощью электростатического заряда красят сложные поверхности, очищают газы от примесей. Все это хорошо, но существуют и многочисленные проблемы. Электроудары бывают большой мощности. Они способны иногда поражать человека. Это случается и дома, и на рабочем месте.

Вред статического электричества проявляется в ударах разной мощности при снятии синтетического свитера, при выходе из автомобиля, включении и выключении кухонного комбайна и пылесоса, ноутбука и микроволновой печи. Эти удары могут оказаться вредными.

Watch this video on YouTube

Возникает статическое электричество, которое сказывается на работе сердечно-сосудистой и нервной систем. От него следует защищаться. Сам человек тоже часто является переносчиком зарядов. При соприкосновении с поверхностями электроприборов происходит их электризация. Если это контрольно-измерительный прибор, дело может окончиться его поломкой.

Ток разряда, принесенного человеком, своим теплом разрушает соединения, разрывает дорожки микросхем, уничтожает пленку полевых транзисторов. В результате схема приходит в негодность. Чаще всего это происходит не сразу, а на любом этапе в процессе работы инструмента.

На предприятиях, обрабатывающих бумагу, пластмассу, текстиль, материалы часто ведут себя неправильно. Они склеиваются друг с другом, прилипают к различным видам оборудования, отталкиваются, собирают много пыли на себя, наматываются неправильно на катушки или бобины. Виной этого является возникновение статического электричества. Два одинаковых по полярности заряда отталкиваются друг от друга. Иные, один из которых заряжен положительно, а другой — отрицательно, притягиваются. Так же ведут себя и заряженные материалы.

На полиграфических предприятиях и в других местах, где используются в работе легковоспламеняющиеся растворители, возможно возникновение пожара. Это происходит в тех случаях, когда на операторе надета обувь с токонепроводящей подошвой, а оборудование не имеет правильного заземления. Способность возгорания зависит от следующих факторов:

• типа разряда;
• мощности разряда;
• источника статического разряда;
• энергии;
• наличия поблизости растворителей или других горючих жидкостей.

Разряды бывают искровыми, кистевыми, скользящими кистевыми. От человека исходит искровой разряд. Кистевой возникает на заостренных частях оборудования. Энергия его настолько мала, что он практически не вызывает угрозы пожара. Кистевой разряд скользящий возникает на листовых синтетических, а также на рулонных материалах с разными зарядами на каждой стороне полотна. Опасность он представляет такую же, как искровой разряд.

Поражающая способность — главный вопрос для специалистов по технике безопасности. Если человек держится за бобину и сам находится в зоне напряжения, его тело тоже зарядится. Для снятия заряда нужно обязательно прикоснуться к заземлению или к заземленному оборудованию. Только тогда заряд уйдет в землю. Но человек при этом получит сильный или слабый электрический удар. В результате происходят рефлекторные движения, которые иногда приводят к травме.

Длительное пребывание в заряженной зоне приводит к раздражительности человека, к снижению аппетита, ухудшению сна.

Пыль из производственного помещения удаляется с помощью вентиляции. Она скапливается в трубах и может воспламениться от статистического искрового разряда.

Момент инерции

В классической механике момент инерции , также называемый моментом массы, инерцией вращения, полярным моментом инерции массы или угловой массой (единицы СИ, кг · м²), является мерой сопротивления объекта изменениям в его вращении. Это инерция вращающегося тела по отношению к его вращению. Момент инерции играет во вращательной динамике примерно ту же роль, что и масса в линейной динамике, описывая взаимосвязь между угловым моментом и угловой скоростью, крутящим моментом и угловым ускорением, а также рядом других величин. Символы I и J обычно используются для обозначения момента инерции или полярного момента инерции.

В то время как простая скалярная обработка момента инерции достаточна для многих ситуаций, более продвинутая тензорная обработка позволяет анализировать такие сложные системы, как волчки и гироскопическое движение.

Эта концепция была введена Леонардом Эйлером в его книге 1765 года Theoria motus corporum solidorum seu rigidorum ; он обсудил момент инерции и многие связанные концепции, такие как главная ось инерции.

Условие равновесия системы тел

Для записи условия равновесия системы, состоящей из твёрдых тел, систему разделяют на отдельные части, и записывают уравнения равновесия как для всей системы, так и для её частей. При этом возможны несколько эквивалентных вариантов записи условий равновесия в зависимости от выбора частей системы, для которых записываются уравнения.

Из второго закона Ньютона следует, что если геометрическая сумма всех внешних сил, приложенных к телу, равна нулю, то тело находится в состоянии покоя или совершает равномерное прямолинейное движение. В этом случае принято говорить, что силы, приложенные к телу, уравновешивают друг друга. При вычислении равнодействующей все силы, действующие на тело, можно прикладывать к центру масс.

Чтобы невращающееся тело находилось в равновесии, необходимо, чтобы равнодействующая всех сил, приложенных к телу, была равна нулю.

Рисунок 1.14.1.
Равновесие твердого тела под действием трех сил. При вычислении равнодействующей все силы приводятся к одной точке C
На рис. 1.14.1 дан пример равновесия твердого тела под действием трех сил. Точка пересечения O линий действия сил и не совпадает с точкой приложения силы тяжести (центр масс C), но при равновесии эти точки обязательно находятся на одной вертикали. При вычислении равнодействующей все силы приводятся к одной точке.

Если тело может вращаться относительно некоторой оси, то для его равновесия недостаточно равенства нулю равнодействующей всех сил.

Вращающее действие силы зависит не только от её величины, но и от расстояния между линией действия силы и осью вращения.

Длина перпендикуляра, проведенного от оси вращения до линии действия силы, называется плечом силы.

Произведение модуля силы на плечо d называется моментом силы M. Положительными считаются моменты тех сил, которые стремятся повернуть тело против часовой стрелки (рис. 1.14.2).

Правило моментов: тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех приложенных к телу сил относительно этой оси равна нулю:

Механика и ее разделы

Физика в переводе с греческого (physikos – «естественный» и «физис» – «природа») дословно означает науку, которая занимается природой. Она охватывает все известные законы и свойства материи, а также силы, действующие на нее, среди которых гравитация, тепло, свет, магнетизм, электричество и другие силы, которые способны изменить основные характеристики предметов. Одним из разделов науки является механика, включающая такие важные подразделы, как статика и динамика, а также кинематика. Механика – раздел физики, который занимается изучением сил, объектов или тел, находящихся в покое или в движении. Это один из крупнейших субъектов в области науки и техники. Задачи по статике включают в себя изучение состояния тел под воздействием различных сил. Кинематика – раздел физики (механики), который изучает перемещение объектов вне зависимости от сил, вызывающих движение.