La estática es la ciencia de los métodos para cuantificar la fuerza de interacción entre cuerpos. Estas fuerzas son las encargadas de mantener el equilibrio, mover los cuerpos o cambiar su forma. En la vida cotidiana, puedes ver muchos ejemplos diferentes todos los días. Los cambios de movimiento y forma son fundamentales para la funcionalidad de los objetos naturales y hechos por el hombre.
El concepto de estática
Los cimientos de la estática se establecieron hace más de 2200 años, cuando el antiguo matemático griego Arquímedes y otros científicos de la época estudiaban las propiedades amplificadoras e inventaban mecanismos simples como una palanca y un eje. La estática es una rama de la mecánica que se ocupa de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos en reposo en condiciones de equilibrio.
Esta es la rama de la física que hace posible los procedimientos analíticos y gráficos necesarios para identificar y describir estas fuerzas desconocidas. La sección "estática" (física) juega un papel importante en muchas ramas de la ingeniería, mecánica,civil, aviación y bioingeniería, que se ocupan de los diversos efectos de las fuerzas. Cuando el cuerpo está en reposo o moviéndose a una velocidad uniforme, entonces estamos hablando de esta área de la física. La estática es el estudio del cuerpo en equilibrio.
Los métodos y resultados de esta rama de la ciencia han resultado particularmente útiles en el diseño de edificios, puentes y presas, así como grúas y otros dispositivos mecánicos similares. Para poder calcular las dimensiones de dichas estructuras y equipos, los arquitectos e ingenieros primero deben determinar las fuerzas que actúan sobre sus partes interconectadas.
Axiomas de la estática
La estática es una rama de la física que estudia las condiciones en las que los sistemas mecánicos y de otro tipo permanecen en un estado determinado que no cambia con el tiempo. Esta sección de física se basa en cinco axiomas básicos:
1. Un cuerpo rígido se encuentra en estado de equilibrio estático si sobre él actúan dos fuerzas de la misma intensidad, situadas en la misma línea de acción y dirigidas en direcciones opuestas a lo largo de la misma línea.
2. Un cuerpo rígido permanecerá en un estado estático hasta que sea afectado por fuerzas externas o un sistema de fuerzas.
3. La resultante de dos fuerzas que actúan en el mismo punto material es igual a la suma vectorial de las dos fuerzas. Este axioma obedece al principio de suma vectorial.
4. Dos cuerpos que interactúan reaccionan entre sí con dos fuerzas de igual intensidad en direcciones opuestas a lo largo de la misma línea de acción. Esteel axioma también se denomina principio de acción y reacción.
5. Si un cuerpo deformable está en estado de equilibrio estático, no se perturbará si el cuerpo físico permanece en estado sólido. Este axioma también se llama principio de solidificación.
Mecánica y sus secciones
Física en griego (physikos - "natural" y "physis" - "naturaleza") significa literalmente la ciencia que se ocupa de la naturaleza. Cubre todas las leyes y propiedades conocidas de la materia, así como las fuerzas que actúan sobre ella, incluidas la gravedad, el calor, la luz, el magnetismo, la electricidad y otras fuerzas que pueden cambiar las características básicas de los objetos. Una de las ramas de la ciencia es la mecánica, que incluye subsecciones tan importantes como la estática y la dinámica, así como la cinemática.
La mecánica es una rama de la física que estudia las fuerzas, los objetos o los cuerpos que están en reposo o en movimiento. Es una de las mayores entidades en el campo de la ciencia y la tecnología. Las tareas en estática incluyen el estudio del estado de los cuerpos bajo la influencia de varias fuerzas. La cinemática es una rama de la física (mecánica) que estudia el movimiento de los objetos, independientemente de las fuerzas que provocan el movimiento.
Mecánica teórica: estática
La mecánica es una ciencia física que considera el comportamiento de los cuerpos bajo la acción de fuerzas. Hay 3 categorías de mecánicas: cuerpo absolutamente rígido, cuerpos deformables y líquido. Un cuerpo rígido es un cuerpo que no se deforma bajo la acción deefectivo. La mecánica teórica (estática, parte de la mecánica de un cuerpo absolutamente rígido) también incluye la dinámica, que, a su vez, se divide en cinemática y cinética.
La mecánica de un cuerpo deformable se ocupa de la distribución de fuerzas dentro del cuerpo y las deformaciones resultantes. Estas fuerzas internas provocan ciertas tensiones en el cuerpo, lo que eventualmente puede conducir a un cambio en el material mismo. Estos temas se estudian en cursos de resistencia de materiales.
La mecánica de fluidos es una rama de la mecánica que se ocupa de la distribución de fuerzas dentro de líquidos o gases. Los fluidos son ampliamente utilizados en ingeniería. Se pueden clasificar en incompresibles o compresibles. Las aplicaciones incluyen hidráulica, aeroespacial y muchas más.
El concepto de dinámica
La dinámica se ocupa de la fuerza y el movimiento. La única manera de cambiar el movimiento de un cuerpo es usar la fuerza. Junto con la fuerza, la dinámica estudia otros conceptos físicos, entre los que se encuentran los siguientes: energía, cantidad de movimiento, colisión, centro de gravedad, torque y momento de inercia.
Estático y dinámico son estados completamente opuestos. La dinámica es el estudio de los cuerpos que no están en equilibrio y se produce una aceleración. La cinética es el estudio de las fuerzas que causan el movimiento, o las fuerzas que resultan del movimiento. A diferencia de un concepto como el de estática, la cinemática es la doctrina del movimiento de un cuerpo, que no tiene en cuenta el hecho de quecomo se hace el movimiento. A veces se la denomina "geometría del movimiento".
Cinemática
Los principios cinemáticos se aplican a menudo para analizar la determinación de la posición, la velocidad y la aceleración en varias partes del equipo durante su funcionamiento. La cinemática considera el movimiento de un punto, un cuerpo y un sistema de cuerpos sin considerar las causas del movimiento. El movimiento se describe mediante un vector de cantidades como el desplazamiento, la velocidad y la aceleración junto con una indicación de un marco de referencia. Varios problemas de cinemática se resuelven usando la ecuación de movimiento.
Mecánica - estática: magnitudes fundamentales
La historia de la mecánica abarca más de un siglo. Los principios básicos de la estática se desarrollaron hace mucho tiempo. Durante las primeras civilizaciones se necesitaban todo tipo de palancas, planos inclinados y otros principios para construir, por ejemplo, estructuras tan enormes como las pirámides.
Las cantidades fundamentales en mecánica son la longitud, el tiempo, la masa y la fuerza. Los tres primeros se denominan absolutos, independientes entre sí. La fuerza no es un valor absoluto, ya que está relacionada con la masa y los cambios de velocidad.
Longitud
La longitud es un valor que se utiliza para describir la posición de un punto en el espacio en relación con otro punto. Esta distancia se llama la unidad estándar de longitud. La unidad estándar generalmente aceptada para medir la longitud es el metro. este estándardesarrollado y mejorado a lo largo de los años. Inicialmente, era una diezmillonésima parte del cuadrante de la superficie terrestre, con lo cual era bastante difícil hacer mediciones. El 20 de octubre de 1983 se definió el metro como la longitud del camino recorrido por la luz en el vacío en 1/299.792.458 de segundo.
Hora
El tiempo es un cierto intervalo entre dos eventos. La unidad de tiempo estándar generalmente aceptada es el segundo. El segundo se definió originalmente como 1/86,4 del período de rotación medio de la Tierra sobre su eje. En 1956, la definición de segundo se mejoró a 1/31,556 del tiempo que tarda la Tierra en completar una revolución alrededor del Sol.
Misa
La masa es una propiedad de la materia. Se puede considerar como la cantidad de materia contenida en el cuerpo. Esta categoría define el efecto de la gravedad sobre el cuerpo y la resistencia al cambio en el movimiento. Esta resistencia al cambio de movimiento se llama inercia, que es el resultado de la masa del cuerpo. La unidad de masa generalmente aceptada es el kilogramo.
Poder
La fuerza es una unidad derivada, pero muy importante en el estudio de la mecánica. A menudo se define como la acción de un cuerpo sobre otro, y puede o no ser el resultado del contacto directo entre cuerpos. Las fuerzas gravitacionales y electromagnéticas son ejemplos del resultado de tal impacto. Hay dos principios de influencia, de fuerzas que tienden a cambiar los movimientos del sistema y que tienden adeformaciones La unidad básica de fuerza es el Newton en el sistema SI y la libra en el sistema inglés.
Ecuaciones de equilibrio
Estático significa que los objetos en cuestión son absolutamente sólidos. La suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en reposo debe ser igual a cero, es decir, las fuerzas involucradas se equilibran entre sí y no debe haber tendencia a fuerzas capaces de girar el cuerpo alrededor de cualquier eje. Estas condiciones son independientes entre sí, y su expresión en forma matemática constituye las llamadas ecuaciones de equilibrio.
Hay tres ecuaciones de equilibrio y, por lo tanto, solo se pueden calcular tres fuerzas desconocidas. Si hay más de tres fuerzas desconocidas, significa que hay más componentes en la estructura o máquina de los que se requieren para soportar ciertas cargas, o que hay más restricciones de las necesarias para evitar que el cuerpo se mueva.
Estos componentes o restricciones innecesarias se denominan redundantes (por ejemplo, una mesa con cuatro patas tiene una redundante) y el sistema de fuerzas es estáticamente indeterminado. El número de ecuaciones disponibles en estática es limitado, ya que cualquier cuerpo rígido permanece sólido bajo cualquier condición, independientemente de su forma y tamaño.
