در این مقاله در رابطه با مبحث کار مجازی از درس استاتیک توضیحاتی ارائه می گردد. کار مجازی virtual work یکی از روش های خوب برای حل بسیاری از مسائل استاتیک است و حتی در برخی از دروس دیگر هم کاربرد دارد. در ادامه در رابطه با این روش توضیحاتی ارائه می گردد.
اگر در مبحث کار مجازی و یا هر مبحث دیگری از درس استاتیک اشکال دارید از مدرسین استاتیک کمک بگیرید. بر روی عبارت تدریس خصوصی استاتیک کلیک کنید تا لیست اساتید این درس را ببینید. مشاهده نمونه فیلم تدریس خصوصی استاتیک - کار مجازی همراه با فرمول و اثبات هم مفید است.
در صفحه کار مجازی از سایت ویکی پدیا توضیح داده شده است که: "کار مجازی روشی برخاسته از اصل کمترین کنش جهت مطالعه و تحلیل نیروها و حرکات سیستم‌های مکانیکی است. کار یک نیروی وارد بر یک ذره می‌تواند برای جابه‌جایی‌های مختلف متفاوت باشد. در میان همه مسیرهایی که یک ذره می‌تواند بر روی آن حرکت کند، که به آن جابه‌جایی مجازی می‌گویند، طی یکی از مسیرها کمترین کار ممکن را لازم دارد. ذره بر اساس اصل کمترین کنش این مسیر را طی می‌کند. کاری که یک نیرو در طی یک جابه‌جایی مجازی بر روی یک ذره انجام می‌دهد را کار مجازی می‌نامند." این توضیح ممکن است کمی سخت به نظر برسد و در ادامه به زبان ساده سعی می کنیم کار مجازی از درس استاتیک را به زبان ساده تری توضیح دهیم. به شکل زیر دقت کنید که در آن تعدادی نیرو به ذره مادی A اعمال شده اند. فرض می کنیم که ذره یک جابجایی مجازی به اندازه dr که در شکل نشان داده شده است داشته باشد. این جابه جایی یک جابجایی مجازی است. در ادامه کار تمام نیروها بر حسب این جابه جایی مجازی کوچک را محاسبه می کنیم. چون جابه جایی مجازی و غیرحقیقی بوده است در نتیجه کار کل بدست آمده هم غیر حقیقی و مجازی است. توجه کنید که جابه جایی مجازی را باید به گونه ای در نظر بگیرید که اگر در شکل تکیه گاهی وجود دارد با تکیه گاهها هماهنگ باشد و تناقضی ایجاد نشود.
مطالعه کنید: آموزش استاتیک به زبان ساده - آچار (رنچ) wrench یا پیچ گوشتی وار
در شکل بالا در ادامه از dr فاکتور میگریم. عبارتی که داخل پرانتز وجود دارد همان برآیند تمام نیروها است. اگر ذره در شکل بالا بخواهد تعادل داشته باشد باید برآیند نیروها برابر صفر باشد. با توجه به شکل بالا اگر برآیند نیروها صفر باشد در نتیجه کار مجازی کل هم برابر صفر خواهد شد. با توجه به مطالب بالا نتیجه گرفته می شود اگر کار مجازی کل ناشی از تمام نیروهای وارد بر جسم برابر صفر باشد در نتیجه تعادل هم وجود خواهد داشت و برعکس. بنابراین اگر از روش کار مجازی برای حل مسائل استفاده می کنید باید یک جابه جایی مجازی کوچک مجاز را در نظر بگیرید و بر اثر آن جابجایی کار مجازی کل ناشی از تمام نیروها را محاسبه نمائید و در ادامه این کار کل بدست آمده را مساوی صفر قرار دهید. چرا که صفر شدن کار مجازی کل معادل برقرار بودن تعادل است. با انجام این کار معادله ای بدست خواهد آمد که مجهولات خواسته شده در سوال را به شما خواهد داد. برای حل کردن بسیاری از مسائل تعادل در امتحان و کنکور ارشد در بسیاری از اوقات استفاده از روش کار مجازی به نسبت نوشتن خود معادلات تعادل زودتر و راحت تر شما را به نتیجه خواهد رساند. خصوصا برای حل مسائل قاب ها و ماشین ها در درس استاتیک استفاده از روش کار مجازی بسیار مفید و موثر است.
حتما بخوانید: بهترین فیلم های آموزشی، جزوه و نمونه سوال و مقالات آموزشی استاتیک
حل یک مثال از مبحث کار مجازی از درس استاتیک به زبان ساده
فرض کنید در شکل زیر قصد داریم نیروی وارد از طرف مکانیزم بر قطعه چوب با فرض معلوم بودن نیروی P را محاسبه کنیم. سوال زیر از روش معمول معادلات تعادل برای قاب ها هم قابل حل است. البته باید اجزا را از هم تفکیک کرد. در هر صورت با روش کار مجازی سوال راحت تر حل می شود.
همانطور که در تصویر زیر مشاهده می کنید یک جابجایی مجاز کوچک در نظر گرفته شده است. نیروهای تکیه گاهی و عکس العمل تکیه گاهها هم در تصویر زیر قابل مشاهده است. دقت کنید که جابه جایی مجازی در نظر گرفته شده در شکل زیر با تکیه گاهها هماهنگ است و قیود تکیه گاهها را نقض نمی کند. این نکته بسیار مهم است که باید در نظر داشته باشید.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است کار مجازی تمام نیروها بر اثر جابجایی مجازی کوچک نوشته شده است. نیروی عمود بر سطح N چون بر راستای جابجایی مجازی عمود است کاری انجام نمی دهد و کار آن برابر صفر است. سپس جابجایی های مجازی را بر حسب زاویه بازنویسی کرده ایم (به تصویر زیر دقت کنید). همانطور که در تصویر زیر مشاهده می شود نهایتا کار مجازی تمام نیروها بر حسب زاویه تتا نوشته شده است.
حتما بخوانید: دانلود جزوه استاتیک: قابها و ماشینها
نهایتا همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است با برابر صفر قرار دادن کار مجازی کل مجهول مد نظر سوال که همان نیروی وارد از طرف مکانیزم بر قطعه چوب است به راحتی و بدون تفکیک قطعات از هم بدست آمده است. این مثال به خوبی نشان می دهد که کار مجازی چقدر می تواند در حل مسائل مفید باشد و جایگزین بسیار خوبی برای معادلات تعادل در بسیاری از مسائل استاتیک و خصوصا در مباحث مرتبط با قاب ها و ماشین ها است. اگر بر این روش مسلط شوید در کمترین زمان می توانید آن را بنویسید.
مشاهده کنید: فیلم های آموزشی و ویدیوی نمونه تدریس استاتیک
در این مقاله کار مجازی از درس استاتیک به زبان ساده توضیح داده شد و مثال بسیار خوبی هم در این زمینه ارائه گردید. این مثال را برای خودتان چندین بار مورد بررسی قرار دهید و اگر سوالی داشتید از اساتید استاتیک کمک بگیرید. در ابتدای همین مقاله یک فیلم آموزشی خوب در رابطه با آموزش کار مجازی هم ارائه شد و می توانید توضیحات ارائه شده در فیلم را هم ببینید.
منبع: ایران مدرس
