Что такое статика в физике и что она изучает? Основные формулы

Физика изучает законы природы. С получением всё большего количества знаний о мироздании учёные пытались структурировать их – физические законы группировались. В итоге появились десятки разделов: механика, электричество, магнетизм, волновые процессы, ядерная физика и т. д. Каждый состоит из десятков подразделов, с одним из которых познакомимся: что такое статика в физике, что изучает. Рассмотрим её основные законы и формулы.

Что изучает статика

Известно, что тело под воздействием внешних или внутренних сил совершает работу, испытывает ускорение, покоившиеся тела двигаются. Встречаются случаи, когда тела, на которые действуют несколько сил, остаются неподвижными. Так, если на объект в состоянии покоя оказывается давление парой равных по значению (модулю), но противоположных по направлению сил, он остаётся в состоянии покоя – не двигается относительно системы отсчёта. Это идеальный случай. В иных, реальных, ситуациях внешнее давление на тела значительно сложнее. Изучением таких случаев занимается отдельный раздел науки о законах природы.

Статика – это раздел в физике, определяющий условия нахождения тел, сооружений (здания, мосты) и прочего, что изучает и использует человек, в равновесии. Направление также даёт ответы на ряд вопросов, касающихся перемещения тел. Для примера: груз подвешен на не растягивающейся верёвке, перекинутой через блок. Пользуясь открытыми века назад законами статики, определяется сила T, которую необходимо приложить к другому концу шнурка, чтобы система осталась в равновесии. По модулю она будет равной притяжению (P). При этом учитываются силы или коэффициент трения, растяжения верёвки. 

Статика даёт намного больше, чем условия равновесия. Позволяет узнать, что нужно сделать, чтобы ввести систему в такое состояние или вывести из него. Для перемещения груза вверх следует приложить усилие, превышающее P, для опускания – уменьшить ниже силы притяжения. Статика даёт понимание направления движения тел при нарушении равновесия определённым образом.

Изначально статика была разделом механики, отвечающим и на вопросы перемещения тел. Например, когда возникала необходимость использования простых механизмов – рычагов, блоков – для изменения положения массивных предметов, то есть нарушения их равновесия. Различают следующие виды равновесий:

1. Устойчивое – при мизерном отклонении равновесия тело возвращается в начальное положение.


2. Безразличное – при малом отклонении тело не теряет равновесия.


3. Неустойчивое – при отклонении от состояния равновесия возникает воздействие, повышающее отклонение.

Статика имела огромное значение для инженеров и архитекторов древности. Увы, она не позволяет узнать, насколько быстро будет передвигаться груз на нитке, переброшенной через блок. Вопрос производительности подняли с появлением сложных механизмов, развитием тепловых двигателей.

Формулы статики в физике

Для проведения расчётов, проектирования и решения задач достаточно знать основные формулы статики.

Сила трения:

F_тр= μN, здесь:

• μ – коэффициент трения – указывает на отношение между трением и силой, прижимающей тело к опоре;
• N – сила реакции нитки, опоры.

Момент силы:

M = Fd или M = Fl, здесь:

• F – модуль действующей на тело силы;
• d или l – длина плеча.

Вращающий по часовой стрелке момент силы считается положительным, против – отрицательным.

Векторная сумма действующих на тело сил равняется нулю: F=0.

Момент инерции:

J = mr², здесь:

• m – масса тела;
• r – радиус.

Давление, оказываемое телом на опору: нитку, поверхность:

p = F : S,

• F – сила;
• S – площадь контакта.

Правило рычага:

• F₁ : F₂ = d₁: d₂, здесь:
• F₁, F₂ – приложенные к плечам рычага силы;
• d₁, d₂ – длина плеч.

В отдельный подраздел выносится гидростатика – изучает поведение неподвижной жидкости.