سرفصل های درس استاتیک

در جزوه تایپ شده استاتیک | 20 میشم مطالبی در رابطه با سرفصل های درس استاتیک ارائه می گردد.

تقریبا تمامی مدرسین و اساتید استاتیک در دانشگاههای مختلف کشور کم و بیش این سرفصل ها را درس می دهند.

استاتیک درس بسیاری مهمی میباشد و برای بسیاری از رشته های فنی مهندسی یک درس پایه ای به حساب می آید.

در ادامه در رابطه با مطالبی که در این درس خوانده می شود و سرفصل های آن توضیحاتی ارائه می گردد.

1- نیرو، گشتاور، نیروهای معادل و دیاگرام جسم آزاد: 

در درس استاتیک کمیت های برداری و از بین آنها نیرو بسیار اهمیت دارد. به هر حال از ابتدا تا انتهای این درس دانشجویان با نیروها و گشتاور سر و کار دارند.

در همین سایت ایران مدرس در رابطه با نحوه محاسبه گشتاور در درس استاتیک مطالب خوبی ارائه شده است.

به عنوان مقاله آموزش گشتاور در استاتیک را بخوانید. نیروهای معادل هم در این درس مطرح می گردد.

به این معنی که دانشجو باید بتواند به عنوان مثال سیستمی که متشکل از چند نیرو و گشتاور است را به یک سیستم نیروی ساده تر خلاصه کند. 

دیاگرام جسم آزاد هم در مبحث تعادل ذره و جسم صلب بسیار مهم است و به این شکل انجام می گردد که دانشجو جسم یا اجسامی که می خواهد بررسی را روی آن انجام دهد و معادلات تعادل را برای آن بنویسد را از محیط اطراف جدا کرده و نیروها و عکس العمل های تکیه گاهها را بر روی آن نمایش می دهد.

نحوه محاسبه گشتاور نیرو در درس استاتیک به زبان ساده قبل از نوشتن معادلات تعادل رسم نمودار جسم آزاد اهمیت زیادی دارد. 

2- تعادل نقطه، جسم در صفحه و فضا:

 از مباحث بسیار مهم در درس استاتیک و شاید بتوان گفت مهمترین مبحث همان مبحث تعادل ذره و جسم صلب است.

تمامی مباحثی که در فصل های بعدی مطرح می شود به تعادل بستگی دارد.

به عنوان مثال، در بحث خرپا وقتی از روش گره و یا مقطع زدن برای تحلیل نیروهای خرپا استفاده می شود باز هم ابزار کار دانشجویان همان معادلات تعادل است.

در بحث قاب ها و ماشین ها و بحث های دیگر هم از این معادلات استفاده می شود.

3- شناسایی سازه های پایدار، ناپایدار، معین و نامعین استاتیکی در صفحه و فضا:

در حالت دو بعدی حداکثر 3 معادله تعادل برای هر نمودار جسم آزاد می توان نوشت و در حالت سه بعدی حداکثر 6 معادله تعادل را می توان نوشت.

در صورتیکه مجهولات مسئله در حالت دو بعدی از 3 مجهول و در حالت 3 بعدی از 6 مجهول بیشتر باشد به چنین مسائلی مسائل نامعین استاتیکی گفته می شود.

مسائل نامعین استاتیکی تنها با استفاده از معادلات تعادل استاتیک حل نمی شوند و باید یک یا چند شرط فیزیکی هم برای آن استفاده کرد.

در درس مقاومت مصالح تعدادی از این مسائل حل خواهد شد.

4- حل خرپاهای دوبعدی با استفاده از روش های تحلیل و ترسیمی – آشنایی با حل خرپاهای فضایی: 

خرپا یکی از مباحث مهم درس استاتیک است که همانطور که گفته شد با دو روش گره و مقطع زدن می توان آن را تحلیل کرد و مورد بررسی قرار داد.

برای خوب تحلیل کردن خرپا تسلط بر معادلات تعادل لازم و ضروری است. در حالت سه بعدی بلد بودن هندسه هم به میران زیادی لازم است و درک فضایی خوب می تواند کمک کننده باشد.

5- نیروهای داخلی در سازه های معین استاتیکی و روش تعیین معادلات مربوطه و ترسیم آنها:

برای هر قطعه، جسم و یا برای تیرهایی که تحت بارگذاری محوری و یا عرضی قرار دارند می توان با در نظر گرفتن یک برش فرضی نیروهای داخلی را محاسبه کرد.

در حالت بارگذاری عرضی نیروهای داخلی شامل نیروی محوری، نیروی برشی و گشتاور خمشی است.

در این فصل نحوه بدست آوردن نیروهای داخلی و رسم نمودارهای نیروی برشی و گشتاور خمشی مورد بررسی قرار می گیرد.

در ضمن دانشجو باید بتواند مقاطع بحرانی را تشخیص دهد و نیروی برشی ماکزییم و گشتاور خمشی ماکزیمم را هم محاسبه کند. 

6- خواص هندسی منحنی ها، سطوح و احجام (مرکز شکل، مرکز ثقل، قضایای گلدن و پاپیوس …):

 این فصل از درس استاتیک به صورت کلی متفاوت از فصل های قبل است و با معادلات تعادل سر و کاری ندارد.

البته به عنوان مثال وقتی می خواهید یک بار گسترده را تبدیل به بار متمرکز کنید، بار متمرکز معادل باید در مرکز سطح بار گسترده قرار گیرد و بعد از آن می توانید معادلات تعادل را برای جسم بنویسید.

در این فصل دانشجویان نحوه محاسبه مرکز سطح برای منحنی های با معادلات مختلف و همچنین نحوه محاسبه مرکز سطح برای شکل های مرکب و ممان اینرسی و گشتاور دوم سطح و … را آموزش می بینند.

7- تئوری کار مجازی و کاربرد آن در حل مسائل تعادل:

 برای حل بسیاری از مسائل استاتیک، علاوه بر حل متداول آن با استفاده از همان معادلات تعادل می توان از روش کار مجازی هم استفاده کرد.

در این روش یک جابه جایی کوچک فرضی که متناسب با شرایط مرزی است و محدودیت های مرزها را نقض نمی کند به سازه اعمال می کنیم و کار تمام نیروها را بر اثر این جابه جایی محاسبه می کنیم.

در ادامه اثبات می شود که مجموع کل کارهای مجازی بدست آمده باید برابر صفر باشد و این خودش معادل با معادلات تعادل خواهد بود. تعدادی از مسائل با این روش راحت تر از نوشتن معادلات تعادل حل می شوند.