عنوان کتاب: استاتیک
نویسنده: بهرام حیدریاندهکردی
ویراستار: سیدفخرالدین طاهرزادهموسویان
شاید مهمترین کاربرد قوانین مکانیک، مطالعه ساختارهای ساکن باشد. به این بخشِ بنیادین از علم مکانیک «استاتیک» (Statics) گفته میشود. مهندسان از اصول استاتیک بهمنظور طراحی پلها، خانهها، تونلها و دیگر ساختارهای ایستا به نحوی استفاده میکنند که از عدم فروپاشی آنها اطمینان لازم، حاصل شود.
معرفی کتاب:
جسم صلب:
منظور از جسم صلب جسمی است که در اثر نیروهای وارده تغییر شکل ندهد. در استاتیک اجسام صلب فرض میشوند.
سر ایزاد نیوتن نخستین کسی بودکه قوانین پایهی حاکم بر حرکت ذره را بهدرستی بیان کرد و اعتبار آنها را نشان داد.
در مکانیک از چهار کمیت بنیادی به نام بعد استفاده میکنیم. این کمیتها، یا بعدها عبارتند از جرم، طول، زمان و نیرو چندین سیستم واحد وجود دارد. اما از میان آنها سیستم بین المللی یکاها که با نماد اختصاری SI و سیستم یکادهای متداول در آمریکا یا سیستم انگیسی که با نماد U.S نشان داده میشوند بیشترین کاربرد را دارند .
لنگر(گشتاور) نیرو نسبت به یک نقطه
نیرو علاوه بر آنکه تمایل دارد جسم را در امتداد خط اثر خود به حرکت در آورد، میتواند آنرا حول محوری نیز بچرخاند. این اثر چرخشی را لنگر M نیرو مینامند، لنگر را گشتاور نیز نامیده اند.
تکیه گاههای دو مجهولی (مفصلی،پین دار یا لولایی)
این تکیه گاهها از انتقال جسم در کلیهامتدادها جلوگیری میکنند. در این نوع تکیه گاهها مقدار و امتداد نیروی عکس العملی رامیتوان بهصورت نیرویی مجهول با زاویهی مجهول و یا بهصورت دو نیروی مجهول متعامد نشان داد.
خرپاهای مسطح:
قاب تشکیل شده از عضوهاییکه از ناحیهی سر بههم متصل شدهاند تا سازهای صلب را به وجود آورند، خرپا نامیده میشود. پلها، تکیه گاههای بام، جرثقیلها و از این قبیل سازهها، نمونههای خوبی از خرپا به شمار میروند.
خرپاهای مسطح پلها و سازههای مشابه را معمولاً به صورت جفتی به کار میبرند ودر هر طرف سازه یک مجموعه خرپا قرار میگیرد.
به سازهای قاب گفته میشود که حداقل یکی از عضوهای آن چند نیرویی باشد، قاب به منظور انتقال بار طراحی شده و معمولاً در جای خود ثابت است. در قابها نیرو در اعضای چند نیرویی در امتداد محور عضو نمیباشد. بنابراین تحلیل قاب با تحلیل خرپا متفاوت است.
در صورتیکه یک قاب بهطور مناسب مقید شده باشد و تعداد تکیه گاهها یا عضوهای آن بیش از حد لازم برای جلوگیری از فرو ریختگی نباشد، میتوانیم با بهکار گیری معادلات تعادل در مورد هر یک از عضوها نیروهای مؤثر بر مفصلها و تکیه گاهها را تعیین کنیم. هدف ما در این بخش بررسی قابها و ماشینها است که از نظر استاتیکی معین میباشند.
ماشینها نیز همانند قابها حداقل دارای یک عضو چند نیرویی میباشند و برای انتقال نیرو و گشتاور از آنها استفاده میشود، در ماشینها اجزای تشکیل دهنده ماشین میتواند نسبت به هم متحرک باشند. مانند قیچی و انبر دست.
مرکز ثقل:
برای تعیین مرکز ثقل هر جسم به روش ریاضی از اصل لنگرها استفاده میکنیم. اگر نیروی جاذبه وارد شده به هر ذره از جسم را با dW نشان دهیم و مجموع آنها رابا انتگرالگیری بهدست آوریم .
آنگاه W = وزن جسم باشد این نیروی وزن حول محور X گشتاوری ایجاد خواهد کرد که مساوی ydW میباشد. مجموع تمامی گشتاورهای وزن و ذرات حول محور X مساوی میباشد.
این مقدار باید مساوی با گشتاور وزن جسم W در بازوی مرکز ثقل از محور X یعنی W باشد.
اصطکاک خشک یا اصطکاک کولمب:
اصطکاک را میتوان چنین تعریف کرد. اصطکاک عبارت است از نیروی مقاوم مؤثر بر یک جسم که از لغزش این جسم نسبت به جسم دیگر در حال تماس با آن جلوگیری یا سرعت این لغزش را کم میکند. این نیرو همیشه در جهت مماس بر سطح تماس اثر میکند. جهت آن به گونهای است که با جهت حرکت جسم مخالفت میکند.
به طور کلی در میان سطوح مجاور یا مماس دو نوع اصطکاک ممکن است پدید آید. نوع اول اصطکاک سیال است که در بین سطوح تماس یک لایه نازک سیال (گاز یا مایع) بهوجود میآید که در درس مکانیک سیالات بررسی خواهد شد.
در این جا ما به بررسی اثرات اصطکاک خشک که به اصطکاک کولمب معروف است میپردازیم، چرا که دانشمند فرانسوی چارلز آگوستین کولمب در سال 1781 مطالعات و تحقیقات گستردهای در مورد خصوصیات این نوع اصطکاک انجام داد.