Il Statico È la branca della Meccanica che studia l'equilibrio dei corpi rigidi, soggetti all'azione di varie forze. Quando un corpo è rigido, le particelle che lo compongono non cambiano le loro posizioni relative e quindi l'oggetto è indeformabile..
Tali oggetti possono essere in equilibrio sia che siano a riposo (equilibrio statico) sia che siano in movimento (equilibrio dinamico), solo in quest'ultimo caso il moto deve essere rettilineo uniforme.
Nel caso di strutture come edifici, ponti e strade, l'equilibrio statico è di grande interesse, affinché la costruzione rimanga stabile nel tempo, come l'acquedotto romano superiore.
Ma la Statica non si limita al campo dell'ingegneria civile. È applicabile anche all'equilibrio di particelle caricate elettricamente e di oggetti immersi in mezzi continui, come aria e acqua..
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La statica ebbe uno sviluppo storico precoce, derivante dalla necessità di costruire strutture fisse man mano che le città venivano stabilite. Gli antichi egizi hanno lasciato i loro monumenti come prova; conoscevano macchine semplici come pulegge, leve e piani inclinati.
Anche altre civiltà del mondo antico, i cui monumenti sopravvivono ancora oggi, conoscevano i principi fondamentali, ma furono i greci che iniziarono a sistematizzare il loro studio.
Il grande fisico greco Archimede di Siracusa (287-212 a.C.) stabilì le basi dell'uso della leva e dell'equilibrio dei corpi sommersi - idrostatica-.
Successivamente altri grandi scienziati come Leonardo e Galileo diedero importanti contributi. Quest'ultimo ha stabilito che una forza netta non era necessaria per mantenere il movimento di un corpo (equilibrio dinamico).
Degni di nota anche Simon Stevin (1548-1620), il primo ad osservare il paradosso idrostatico ea descrivere l'equilibrio dei corpi sul piano inclinato.
Successivamente Isaac Newton (1642-1727) diede alla formulazione della statica l'impulso finale con le sue tre leggi della meccanica.
Il successivo contributo da citare per la sua rilevanza è stato dato da D'Alembert e dal concetto di forza inerziale. Grazie a questo è possibile studiare problemi dinamici attraverso il concetto di equilibrio..
Della lunga lista di scienziati e ingegneri che hanno contribuito alla statica, dobbiamo menzionare i nomi di Eulero e Lagrange, che hanno sviluppato tecniche matematiche per plasmare le sue applicazioni..
La parola statico deriva dalla parola greca per designare ciò che è fermo.
Questo importante ramo della Meccanica è il fondamento delle costruzioni che abitiamo, e non solo, poiché ci sono altri campi in cui i suoi principi vengono applicati:
Studia l'equilibrio dei corpi nell'aria.
Applicare i principi della statica a corpi immersi in acqua o altri liquidi.
Importante branca dell'elettromagnetismo che studia le cariche elettriche in equilibrio statico.
È la branca dedicata allo studio dei campi magnetici che non variano nel tempo..
In primo luogo, Statics assume che un oggetto sia modellato come se fosse una particella o un punto materiale, senza dimensioni misurabili, ma sì, con massa..
Quando il corpo viene trattato come una particella, diciamo che è in equilibrio statico quando la forza risultante su di esso è zero.
Un modello più realistico presuppone che gli oggetti siano corpi estesi, composti da una moltitudine di particelle, il che significa che le forze possono essere applicate a diversi punti.
Questo è molto importante, poiché questi effetti possono essere:
-Dinamico, relativi al movimento o alla mancanza di esso,
-Deformatori, dai cambiamenti di forma che subiscono i corpi soggetti a forze.
La statica assume che gli oggetti siano rigidi e indeformabili, quindi non studia gli effetti di deformazione, ma quelli dinamici..
Poiché le dimensioni dell'oggetto in esame sono misurabili, le forze possono essere applicate a luoghi diversi ed è possibile che, sebbene non lo trasferiscano, possano farlo ruotare. In questo caso l'oggetto non sarebbe più in equilibrio statico.
Le applicazioni della Statica sono ovunque, ecco perché è il ramo della Meccanica che ha i maggiori utilizzi, anche se molte volte non ce ne rendiamo conto:
I principi della Statica possono essere applicati a mobili, armadi, elettrodomestici, lampade, libri e qualsiasi oggetto a riposo all'interno di una casa. Ci assicuriamo continuamente che le cose non cadano, si ribaltino o cambino accidentalmente posto.
Allo stesso modo, i costruttori degli edifici che abitiamo si assicurano che non crollino o subiscano movimenti che mettono in pericolo la vita degli abitanti..
Questi principi vengono applicati anche nella costruzione di strade e ponti..
La statica trova applicazione anche nella progettazione e costruzione di parti per macchinari.
Alcune parti sono ovviamente mobili, ma altre no. Questo è il motivo per cui gli ingegneri si assicurano che i macchinari costruiti non collassino, esplodano o si sgretolino in alcun modo..
Il fondamento della Statica è lo studio delle forze e delle azioni che esercitano attraverso le tre leggi della Meccanica di Newton:
Un corpo rimane a riposo, o in movimento rettilineo uniforme, a meno che una forza sbilanciata non gli induca a cambiare il suo stato di movimento..
La somma delle forze che agiscono su un corpo, chiamata forza risultante FR, è uguale al prodotto della massa m (uno scalare) volte l'accelerazione per (un vettore).
Per la statica la seconda legge di Newton assume la forma:
FR = 0
Poiché il movimento rettilineo a riposo o uniforme determina un'accelerazione nulla.
Se il corpo 1 esercita una forza sul corpo 2, viene chiamato F12, il corpo 2 a sua volta esercita una forza sul corpo 1, indicato come Fventuno, in modo che F12 Y Fventuno hanno la stessa intensità e direzione opposta:
F12 = - Fventuno
Abbiamo detto prima che è possibile che le forze, sebbene non causino movimento di traslazione al corpo, possono, a seconda del modo in cui vengono applicate, farlo ruotare.
Ebbene, viene chiamata la grandezza fisica che determina se un corpo ruota o meno coppia o momento di forza, indicato come M.
La coppia o il momento di una forza F dipende dall'intensità di questo, il vettore r che va dal punto di applicazione dello stesso all'asse di rotazione, e infine, all'angolo di applicazione. Tutto questo attraverso il prodotto incrociato o il prodotto vettoriale tra r Y F:
M = r X F (Unità SI: N.m)
Un oggetto può ruotare attorno a diversi assi, quindi il momento viene sempre calcolato attorno a un particolare asse. E affinché il corpo rimanga statico, è necessario che tutti i momenti siano zero.
Sono le condizioni necessarie affinché un solido rigido sia in equilibrio statico, motivo per cui sono conosciuti come condizioni di equilibrio:
La somma delle forze che agiscono sul corpo deve annullarsi. In forma matematica:
∑ Fio = 0
Per quanto riguarda le forze che agiscono su un corpo, queste si dividono in interne ed esterne.
Le forze interne sono responsabili del mantenimento della coesione del corpo. Ad esempio un'auto è composta da tante parti che, opportunamente articolate, fanno muovere il macchinario nel suo insieme, grazie alle forze interne tra le articolazioni delle parti..
Da parte loro, le forze esterne sono quelle esercitate da altri corpi sull'oggetto in studio.
Nell'esempio dell'auto, le forze possono essere il peso, esercitato dalla Terra, il supporto fornito dalla superficie, applicato alle ruote e l'attrito tra i pneumatici e la pavimentazione.
Inoltre, Statics considera una serie di supporti, reazioni e legami, a seconda degli elementi considerati e delle possibilità di movimento esistenti..
Va annullata anche la somma dei momenti attorno ad un asse arbitrario, che esprimiamo come segue:
∑ Mio = 0
Quando le condizioni di equilibrio vengono applicate a un corpo nel piano, le forze devono essere scomposte nelle due componenti cartesiane x e y. In tal modo si ottengono due equazioni, una per ogni componente.
La seconda condizione di equilibrio ci permette, attraverso i momenti, di aggiungere una terza equazione.
D'altra parte, per gli oggetti tridimensionali il numero di equazioni sale a 6.
Va notato che il rispetto delle condizioni di equilibrio è necessario per garantire l'equilibrio statico di un corpo..
Ma non è sufficiente, poiché ci sono casi in cui queste condizioni sono soddisfatte, ma non possiamo garantire che l'oggetto sia in equilibrio. Questo è ciò che accade quando c'è movimento relativo tra le parti dell'oggetto, cioè il solido è parzialmente vincolato.
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