اگر قصد دارید درس استاتیک را به صورت پایه ای و مفهومی یاد بگیرید و در جستجوی مطالب بسیار مفید برای اموزش صفر تا صد استاتیک، مثال حل شده خرپا و تعادل جسم صلب به زبان ساده و روان و .... هستید ادامه این مطلب را بخوانید. استاتیک برای مهندسی مکانیک و بسیاری از رشته ها جزو دروس مهم و پایه ای است.
پیشنهاد ویژه سایت ایران مدرس: کاملترین و بهترین مقاله در رابطه با نحوه مطالعه و یادگیری آسان استاتیک و مقاومت مصالح
فکر می کنید برای آموزش 0 تا 100 درس استاتیک از کجا باید شروع کنید و چه مراحلی را باید طی نمائید؟ چه مباحث پایه ای لازم است بلد باشید و چگونه باید درس استاتیک را بخوانید؟ خوشبختانه، در همین وب سایت ایران مدرس مطالب بسیار خوب و مفیدی برای یادگیری استاتیک توسط شما ارائه شده است. فیلم آموزش استاتیک به زبان ساده و مطالب آموزشی دیگری را در همین سایت می توانید مشاهده نمائید. اگر واقعا مصمم هستید استاتیک را از صفر تا صد یاد بگیرید و قصد دارید اموزش مفهومی استاتیک را داشته باشید ادامه این مطلب را بخوانید. برای اینکه به خوبی استاتیک را متوجه شوید باید مطالب پایه ای را بلد باشید. به عنوان مثال باید مفهوم کمیت های برداری و اسکالر را بلد باشید. کمیتها برداری در حالت دو بعد به 2 پارامتر نیاز دارند تا تعریف شوند ولی کمیت های اسکالر مانند جرم فقط به یک پارامتر نیاز دارند تا تعریف شوند. مهم ترین کمیت برداری که در درس استاتیک با آن سر و کار داریم نیرو است. نیرو کمیت برداری است و بسیار زیاد در درس استاتیک با آن سر و کار خواهید داشت. باید نحوه برآیند گیری از بردارها با روش های متوازی الاضلاع و مثلثی را بلد باشید. همچنین خیلی خوب باید یاد گرفته باشید هر برداری و از جمله بردار نیرو را تجزیه کنید. به عنوان مثال، در حالت دو بعدی اگر زاویه نیروی F با محور x برابر a باشد مولفه های نیرو به صورت Fx=F.cos(a) و Fy=F.sin(a) خواهد بود. بر این مباحث باید 100 درصد مسلط باشید.
کلیک کنید: مشاهده فیلم های تدریس خصوصی استاتیک
برای یادگیری پایه ای و مفهومی درس استاتیک باید بر ضرب بردارها هم مسلط باشید. برای بدست آوردن تصویر یک بردار بر روی بردار دیگر و یا برای محاسبه زاویه بین دو بردار از تعریف ضرب داخلی استفاده می شود. همچنین، به عنوان مثال اگر بخواهید گشتاور نیرو را در حالت 3 بعدی محاسبه کنید باید بر ضرب خارجی مسلط باشید. اگر می خواهید اموزش کوپل در استاتیک برای شما کار راحتی باشد باید بر ضرب خارجی مسلط باشید و برای مبحث گشتاور هم مثال های زیاد را حل کرده باشید. شاید اساتید استاتیک به شما گفته باشند که معادلات تعادل در استاتیک مهمترین مبحث است. در حقیقت مبحث تعادل بسیار کلیدی و مهم است و شاید 70 درصد مطالب درس از این مبحث باشد. حتی در مباحثی مانند خرپاها، قاب ها و ماشین ها، نمودار نیروی برشی و گشتاور خمشی و ... لازم است تعادل اجسام صلب در استاتیک و تعادل ذره را بلد باشید. در حالت سه بعدی برای جسم صلب 6 معادله تعادل و در حالت دو بعدی 3 معادله تعادل داریم. اگر سوال تعادل استاتیک چیست برای شما مطرح است باید بگوئیم به حالتی که جسم یا سازه ساکن است و یا با سرعت ثابت در حال حرکت است حالت تعادل گفته می شود. برای تسلط بر این مبحث، حل مسائل گشتاور اهمیت بالایی دارد و باید خوب بلد باشید گشتاور نیرو حول نقطه یا محور را محاسبه نمائید.
حتما بخوانید: اموزش صفر تا صد استاتیک
از مهمترین مباحث استاتیک برای یادگیری 0 تا 100 آن می توان به تعادل جسم صلب و تعادل ذره، خرپا (با روش های برش زدن و یا روش مفصل)، تحلیل قاب و تحلیل ماشین، نمودار نیروی برشی و گشتاور خمشی، مرکز سطح و قضایای پاپوس گلدینوس، ممان اینرسی، آموزش اصطکاک در استاتیک، کابل، کار مجازی Virtual work برای حل مسائل تعادل، زوج نیرو Force Couple و گشتاور زوج نیرو، نیروهای خارجی External forces و نیروهای داخلی Internal forces و .... اشاره کرد. برای اینکه استاتیک را به صورت کامل یاد بگیرید باید این مباحث را خوب بلد باشید. خرپا و قاب برای تحمل نیرو و ماشین برای انتقال نیرو مورد استفاده قرار می گیرند. تمام عضوهای خرپا دو نیرویی هستند در حالیکه قاب و ماشین حداقل یک عضو بیش از دو نیرویی دارند. اگر تفاوت خرپا و قاب را نمی دانستید این نکات می تواند راهنمای خوبی برای شما باشد. برای تحلیل سازه قاب ها می توانید اجزای ان را از هم تفکیک نمائید. این مسائل می تواند بسیار کمک کننده باشد و به شما در یادگیری بهتر استاتیک کمک کند. در همین سایت ایران مدرس مطالب آموزشی بسیار خوبی ارائه شده است و می توانید برای یادگیری این درس مهم مورد استفاده قرار دهید.
مطالعه کنید: آموزش کار مجازی از درس استاتیک به زبان ساده همراه با مثال و فیلم
در این بخش مثال حل شده خرپا به روش مفصل ارائه شده است. یکی از روش های تحلیل خرپا روش گره یا مفصل است. در ادامه یک مثال خوب از این مبحث به زبان ساده ارائه شده است.
فرض کنید قصد داریم برای مثال ارائه شده در شکل زیر نیروهای داخلی هر یک از اعضا را تعیین کرده و اعضای کششی و فشاری را مشخص نمائیم. نیروی 600 نیوتون به مفصل B خرپا اعمال شده است.
قبل از اینکه بخواهیم نیروهای داخلی اعضا به روش مفصل را محاسبه کنیم، باید عکس العمل های تکیه گاهی را بدست بیاوریم. تکیه گاه A از نوع مفصلی است و دو عکس العمل دارد و تکیه گاه C غلطکی بوده و فقط یک نیروی عکس العمل دارد. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، با نوشتن معادلات تعادل عکس العمل های تکیه گاهی خرپا بدست آمده است.
در ادامه از مفصل A شروع می کنیم و با نوشتن معادلات تعادل استاتیکی برای آن نیرو در عضوهای AB و AC را بدست می آوریم. ابتدا نیرو در هر دو عضو را کششی در نظر گرفته ایم. در پایان، چون نیروی عضو AC منفی بدست آمده است متوجه می شویم که نیروی آن فشاری است.
در مرحله بعد با نوشتن معادله تعادل Fx=0 برای مفصل B نیرو در عضو BC هم بدست می آید. به شکل زیر دقت کنید. چون عدد بدست آمده برای نیروی عضو BC منفی است بنابراین عضو BC هم تحت فشار می باشد. مطالعه کنید: چگونه بر مبحث خرپا از درس استاتیک مسلط شویم؟
برای مشاهده لیست کامل مدرسین استاتیک بر روی عبارت تدریس خصوصی استاتیک کلیک کنید.
در شکل زیر نیروهای ایجاد شده در عضوهای خرپا که برای این مثال با روش مفصل بدست آمده است و کششی و فشاری بودن عضوها نمایش داده شده است.
در این بخش یک مثال از مبحث تعادل جسم صلب به زبان ساده حل شده و مورد بررسی قرار گرفته است. تعادل جسم صلب یکی از مفاهیم و مباحث مهم در درس استاتیک مهندسی مکانیک و سایر رشته ها است.
همانطور که گفته شد، تعادل جسم صلب از مباحث مهم و پایه ای درس استاتیک است. به مثال زیر دقت کنید. جسم AB به جسم دیگری تکیه دارد و با کابل D هم به همان جسم وصل است. همانطور که در صورت سوال گفته شده است، سطوح تکیه گاهی میله صیقلی و بدون اصطکاک فرض می شوند. می خواهیم کشش در کابل و نیرو در محل تکیه گاههای A و C را بدست بیاوریم. چون تکیه گاهها صیقلی هستند پس نیروی اصطکاک وجود ندارد و در محل تکیه گاهها فقط یک تک نیرو در نظر می گیریم. عکس العمل کابل هم یک نیروی کششی در امتداد خودش هست. باید قبل از انجام هر کاری نمودار جسم آزاد را رسم کنیم و نیروها و عکس العمل های تکیه گاهی را روی آن نشان دهیم. رسم نمودار جسم آزاد اولین و شاید مهمترین قدم در حل مسائل تعادل استاتیکی است. اگر حتی یکی نیرو را کم رسم کنید و نیرویی را فراموش کنید کل جوابها اشتباه خواهد شد. صورت سوال در تصویر زیر نشان داده شده است و سعی می شود در ادامه در رابطه با نحوه حل آن و چگونگی نوشتن معادلات تعادل به زبان ساده توضیح داده شود.
حتما بخوانید: حل مثال استاتیک مبحث تعادل جسم صلب - تیر یک سرگیردار با بار گسترده مثلثی
در تصویر زیر نحوه رسم نمودار جسم آزاد نمایش داده شده است. مبحث تعادل بسیار مهم است و در تحلیل خرپا، قاب و ماشین و ... هم کاربرد دارد. بعد از رسم FBD نوبت به نوشتن معادلات تعادل می رسد. به تصویر زیر دقت کنید. معادلات تعادل جابه جایی در جهت x و y و همچنین معادله تعادل دورانی را می نویسیم. چون در مسئله 3 مجهول وجود دارد معین استاتیکی است و با نوشتن 3 معادله تعادل می توان 3 مجهول را محاسبه نمود. برای معادله تعادل در راستای x سمت راست و برای معادله تعادل در راستای y بالا را مثبت در نظر گرفته ایم. برای معادله تعادل گشتاور هم پادساعتگرد را مثبت در نظر گرفته ایم. برای بدست آوردن گشتاور هر نیرو، باید فاصله عمودی آن تا نقطه A را بدست آوریم (چون در حال محاسبه گشتاور حول نقطه A هستیم). در هر صورت، با حل این 3 معادله عکس العمل های تکیه گاهی و کشش کابل بدست می آید. به تصویر زیر دقت کنید و سعی کنید مثال زیر را که سعی شده به زبان ساده توضیح داده شود را یک بار دیگر هم خودتان حل نمائید. در رابطه با معادلات تعادل در همین سایت ایران مدرس فیلم های آموزشی خوبی هم ارائه شده است که در ادامه معرفی می شود.
در این بخش در رابطه با سرفصل ها و مباحث مهم درس استاتیک رشته مهندسی مکانیک توضیحاتی ارائه می گردد. برای یادگیری بهتر درس استاتیک این مبحث را مطالعه نمائید.
1- برای اینکه بتوانید از 0 تا 100 درس استاتیک را خیلی خوب یاد بگیرید باید از ابتدای ترم این درس را بخوانید. ابتدا سعی کنید بر مبحث بردارها و عملیات های مختلفی که برای بردارها انجام می شود مسلط باشید. در حقیقت نقطه شروع و صفرم درس استاتیک مبحث بردارها است. مثلا ضرب خارجی بردار را خیلی خوب باید بلد باشید چرا که گشتاور نیرو در حالت 3 بعدی با استفاده از ضرب خارجی بدست می آید. تجزیه نیروها و بردارها را باید 100 درصد بلد باشید چرا که وقتی معادلات تعادل را می نویسید باید به راحتی بتوانید در حالت دو بعدی یا 3 بعدی نیروها را تجزیه کنید.
2- یک مهندس مکانیک خوب به صورت کامل بر مباحث مسلط است و به اندازه کافی تمرین حل می کند. تنها آموزش دیدن مطالب کافی نیست باید خودتان عملا از این مطالبی که یاد گرفته اید استفاده نمائید. باید تمرین حل کنید و روی مسائل فکر کنید تا درست تحلیل کردن را یاد بگیرید. برای تمرین کردن اساتیک زمان لازم است و بنابراین در طول ترم باید درس بخوانید. بنابراین با یک برنامه ریزی منظم در طول ترم درس بخوانید.
3- سعی کنید اول تمرینات کلاسی استاتیک و مقاومت مصالح را مرور نمائید و بعد یک بار بدون نگاه کردن به راه حل برای خودتان حل کنید. در مرحله بعد سراغ سوال هایی بروید که قبلا ندیده اید. ممکن است در ابتدای کار سخت به نظر برسد. اما سعی کنید برای هر سوال راه حلی پیدا کنید. از نحوه برخورد استاد خودتان با تمرینات ایده بگیرید. در این دو درس فرمول های کمی وجود دارد و فقط باید یاد بگیرید به درستی از این روابط استفاده نمائید. در درس استاتیک شاید 70 یا 80 درصد مسائل را بتوانید با معادلات تعادل حل کنید. فقط باید رسم نمودار جسم آزاد و تحلیل مسئله را یاد بگیرید.
4- برای یادگیری بهتر استاتیک لازم نیست فرمول های زیادی را حفظ نمائید بلکه باید یاد بگیرید مسائل را درست تحلیل کنید. هر سوالی که به شما داده شد باید در مرحله اول داده های سوال و خواسته های آن را برای خودتان مشخص نمائید. ببینید که چه مجهولاتی در سوال وجود دارد و چه داده هایی را در اختیار دارید. در مرحله بعد سراغ رسم نمودار جسم آزاد بروید. بسته به اینکه چه مجهولاتی از شما خواسته شده است ممکن است کل جسمی که در سوال داده شده است و یا بخشی از آن را به عنوان نمودار جسم آزاد در نظر بگیرید.
مطالعه کنید: نحوه حل معادلات تعادل در درس استاتیک
اینکه خرپا را از کدام روش تحلیل کنیم بستگی به این دارد که نیروی تمام عضوهای خرپا و یا نیرو در چند عضو خاص از خرپا را از ما خواسته است. اگر نیرو در تمام عضوهای خرپا را خواسته باشد از روش مفصل یا گره استفاده می کنیم و اگر نیرو در چند عضو خاص مد نظر باشد معمولا از روش برش یا مقطع زدن استفاده می نمائیم. البته همواره از ترکیبی از این دو روش هم می توان استفاده نمود. در خرپا عضوهایی وجود دارند که نیرویی تحمل نمی کنند و به آنها عضو صفر نیرویی گفته می شود.
نیروی اصطکاک در واقع در برابر حرکت جسم مقاومت می کند. جهت نیروی اصطکاک دقیقا به این بستگی دارد که جسم می خواهد در چه جهتی حرکت کند. حرکت جسم به هر سمتی که باشد نیروی اصطکاک با آن مخالفت می کند. نیروی اصطکاک چه در حالتی که حرکت اتفاق می افتد و چه در حالتی که جسم ساکن است می تواند وجود داشته باشد. به نیروی اصطکاک در حالتی که جسم ساکن است اصطکاک ایستایی و در حالتی که جسم حرکت می کند اصطکاک جنبشی و یا دینامیکی گفته می شود.
حتما ببینید: فیلم تدریس خصوصی فیزیک و استاتیک - نیروی اصطکاک Friction Force و اصطکاک استاتیکی و دینامیکی
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.
اگر تمام نیروها و گشتاورهایی که به جسم وارد شده است را فقط به یک نیرو و گشتاور خلاصه کنیم به گونه ای که امتداد نیرو با امتداد محور گشتاور یکی باشد رنچ یا پیچ گوشتی وار بدست آمده است.
گشتاور در حقیقت اثر دورانی نیرو است. به عبارت دیگر نیرو می تواند باعث انتقال جسم و یا دوران آن شود. به اثر دورانی نیرو گشتاور گفته می شود. میزان توانایی یک نیرو برای دوران جسم به سه عامل بستگی دارد: 1- اندازه نیرو 2- فاصله نقطه اثر نیرو تا مرکز دوران 3- زاویه بین امتداد نیرو و بردار موقعیت نقطه اثر نیرو نسب به مرکز دوران. برای محاسبه گشتاور معمولا از تعریف ضرب خارجی استفاده می کنیم.
کلیک کنید: مشاهده لیست اساتید استاتیک
در این بخش در رابطه با آموزش استاتیک به زبان خیلی ساده رایگان توضیح داده شده است. اگر می خواهید استاتیک را به زبان فوق العاده ساده و روان و به صورت مفهومی رایگان یاد بگیرید ادامه این مطلب را بخوانید.
مطالعه نمائید: نحوه محاسبه گشتاور نیرو در درس استاتیک به زبان ساده
استاتیک در واقع درس خیلی ساده و آسانی است. باید برای آن وقت بگذارید و در کلاس ها حاضر شوید. برای اینکه بتوانید مسائل استاتیک را به سادگی حل کنید باید ریاضی و هندسه شما خوب باشد. در واقع مبحث اصلی در درس استاتیک تعادل است. اگر تعادل را خوب یاد بگیرید بسیاری از فصل های استاتیک برای شما مثل آب خوردن خواهد شد. چون مباحثی مانند خرپا، قاب ها و ماشین ها، رسم نمودار نیروی برشی و گشتاور خمشی و فصل های دیگری مستقیما با مبحث تعادل در ارتباط است. برای حل مسائل خرپا با روش مفصل یا برش زدن لازم است تعادل را بلد باشید. اگر می خواهید استاتیک برای شما ساده ترین درس باشد باید خوب تعادل را یاد بگیرید. نکته دیگر اینکه در مبحث تعادل هم باید بتوانید خوب گشتاور را بدست بیاورید. برای تعادل دورانی در استاتیک لازم است مجموع گشتاورها صفر باشد. بسیاری از دانشجویان در محاسبه گشتاور اشکال دارند. اگر می خواهید ساده و رایگان استاتیک را یاد بگیرید باید خودتان وقت بگذارید. به هر میزانی روی مسائل بیشتر فکر کنید و بخش استدلالی ذهن خودتان را تقویت نمائید در نهایت استاتیک برای شما راحت تر خواهد شد. در همین سایت ایران مدرس مطالب بسیار زیادی برای یادگیری رایگان استاتیک به زبان خیلی ساده و به صورت مفهومی ارائه شده است.
منبع: ایران مدرس
