در این مقاله در رابطه با مهمترین مباحث استاتیک رشته مهندسی مکانیک توضیح داده شده است.استاتیک برای رشته مهندسی مکانیک و بسیاری از رشته های فنی مهندسی یک درس بسیار مهم و پایه ای است.
قاب ها و ماشین ها: قاب ها اجزائی هستند که بر خلاف خرپاها حداقل یک عضو چند نیرویی دارند. از قاب ها برای تحمل بار و نیرو استفاده می شود. در استاتیک ممکن است از شما خواسته شود عکس العمل های تکیه گاهی و یا نیروی مفصل ها در قاب را بدست بیاورید. اگر در قاب دو بعدی فقط عکس العمل تکیه گاهها خواسته شده باشد و تعداد مجهولات از 3 کمتر باشد لازم نیست اجزای قاب از هم تفکیک شود. اما اگر نیرو در مفصل ها خواسته شده باشد و یا تعداد مجهولات عکس العمل های تکیه گاهی از 3 بیشتر باشد لازم است اجزا از هم تفکیک شود. برای اینکه بتوانید قاب ها را درست تحلیل کنید باید بر معادلات تعادل مسلط باشید.
نیروهای داخلی و خارجی: در رسم نمودار جسم آزاد در استاتیک فقط نیروهای خارجی در نظر گرفته می شوند. نیروهای خارجی از طرف محیط و تکیه گاهها به جسم مورد نظر و مورد بررسی ما وارد می شوند. در درس استاتیک بیشتر با نیروهای خارجی سر و کار داریم اما در درس مقاومت مصالح که تنش محاسبه می شود نیروهای داخلی کاربرد زیادی دارند. حین رسم نمودار جسم آزاد باید تمام نیروهای خارجی روی جسم نشان داده شوند. در بسیاری از موارد دو نقطه ابتدا و انتهای نیرو و اندازه نیرو مشخص است و می خواهیم نیرو را به صورت برداری بنویسیم. برای انجام این کار باید ابتدا با استفاده از مختصات نقاط ابتدایی و انتهایی نیرو برداری در جهت نیرو بدست آید. سپس بردار بدست آمده را بر اندازه خودش تقسیم می کنیم تا بردار یکه ای در امتداد نیرو بدست آید. در مرحله بعد با استفاده از بردار یکه و با در درست داشتن اندازه نیرو می توانیم نیرو را به فرم برداری بنویسیم. در حالت 3 بعدی خصوصا در مبحث تعادل جسم صلب وقتی می خواهیم معادله تعادل گشتاور را بنویسیم و گشتاور را محاسبه کنیم حتما لازم است نیرو به فرم برداری نوشته شود.
کار مجازی: در مبحث کار مجازی ابتدای یک جابه جایی کوچک که غیر واقعی و مجازی است به سازه داده می شود. البته این جابه جایی باید با تکیه گاهها هماهنگ باشد و برای سازه داده شده ممکن باشد. در ادامه کار کل نیروهای وارد به سازه بر اثر این جابه جایی مجازی بدست می آید. چون جابه جایی ایجاد شده مجازی بوده است کاری که بدست می آید هم مجازی و غیر واقعی می باشد. در نهایت کار مجازی کل ناشی از تمام نیروها را برابر صفر قرار می دهیم و مجهولات مد نظر مسئله بدست می آید. می توان اثبات کرد که اگر کار مجازی کل نیروها برابر صفر باشد مسئله تعادل دارد. این روش خصوصا در کنکور ارشد مهندسی مکانیک که لازم است مسائل در زمان کم حل شوند و یا برای حل مسائل مرتبط با قاب ها و ماشین ها بسیار مفید و پرکاربرد است. برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با کار مجازی Virtual Work در ویکی پدیا اینجا کلیک کنید.
ممان اینرسی Moment of Inertia یا گشتاور دوم سطح در واقع نحوه توزیع و پراکندگی نقاط مختلف یک سطح نسبت به یک محور و یا نقطه دلخواه را نشان می دهد. ممان اینرسی می تواند نسبت به یک محور و یا یک نقطه محاسبه شود. در بسیاری از دروس مانند مقاومت مصالح، مکانیک سیالات، دینامیک و ... از ممان اینرسی و گشتاور دوم سطح در فرمول ها و روابط استفاده می شود. برای محاسبه گشتاور دوم سطح باید یک المان سطح مناسب در نظر گرفته شود و انتگرال محاسبه گردد. اگر در مبحث ممان اینرسی از درس استاتیک سوال دارید معلم های استاتیک می توانند شما را راهنمایی نمایند.
نیرو و ذره مادی: اثر برداری یک جسم بر جسم دیگر نیرو نامیده می شود و در استاتیک با نیروها بسیار زیاد سر و کار داریم. در سایر دروس مهندسی مکانیک هم از مبحث بردارها و نیروها بسیار زیاد استفاده می شود. در رابطه با ذره مادی هم می توان گفت که جسمی است که ابعاد آن قابل چشم پوشی می باشد و یا در تشریح حرکت یا نیروهای وارد بر جسم ابعاد مد نظر و مطرح نمی باشد.
رسم نمودار جسم آزاد برای حل مسائل تعادل استاتیکی: برای رسم نمودار جسم آزاد باید بخشی از شکل که می خواهیم معادلات تعادل را برای آن بنویسیم و یا شاید کل سازه داده شده را از محیط اطراف جدا کنیم و اثر نیروهای خارجی و یا تکیه گاهها را بر روی آن نشان دهیم. برای رسم نمودار جسم آزاد باید با انواع تکیه گاهها آشنا باشیم. به عنوان مثال برای تکیه گاه غلطکی در حالت دو بعدی فقط 1 عکس العمل و برای تکیه گاه لولایی باید 2 عکس العمل در نظر گرفته شود. در نظر داشته باشید که اگر نمودار جسم آزاد به درستی رسم نشود، حتی اگر بعدا معادلات تعادل را درست هم بنویسید، نهایتا جوابهایی که بدست می آید درست نخواهد بود. بنابراین لازم است نمودار جسم آزاد با دقت بالا رسم شود.
