Статика
Ста́тика [от греч. στατική (ἐπιστήμη или τέχνη) – статика, учение о равновесии], раздел механики, в котором описывается равновесие материальных тел под действием приложенных к ним сил. Равновесие жидкостей и газов исследуется в гидростатике и аэростатике. Равновесие твёрдых тел, материальных точек и их систем рассматривается в геометрической статике и аналитической статике.
Геометрическая статика базируется на следующих аксиомах. 1) Две силы, действующие на материальную точку, имеют равнодействующую , величина и направление которой определяются правилом сложения векторов. 2) Если две силы, приложенные к материальной точке, равны по величине, но противоположно направлены, то они не изменяют состояния материальной точки (точка остаётся в покое или движется прямолинейно и равномерно). В этом случае говорят, что две силы уравновешивают друг друга. 3) Добавление к системе сил пары уравновешенных сил не изменяет действия данной системы сил на материальную точку (так же как и отбрасывание такой пары сил). Поэтому условие равновесия материальной точки под действием приложенных к ней сил записывается лишь одним векторным уравнением где . Если силы приложены к разным точкам твёрдого тела, радиус-векторы которых , вторая аксиома дополняется условием о совпадении линии действия сил. Это означает, что точку приложения силы можно «переместить» в любую другую точку тела, которая лежит на линии действия данной силы.
Три аксиомы геометрической статики позволяют заменить любую систему сил, приложенных к различным точкам твёрдого тела, главным вектором , приложенным к некоторой точке тела, и парой сил, момент которых равен главному моменту системы сил относительно этой точки (вектор равен геометрической сумме моментов всех сил). Таким образом, условия равновесия твёрдого тела представляются в виде двух векторных уравнений: и .
При описании равновесия механической системы, состоящей из твёрдых тел (материальных точек), на которые наложены механические связи, составляют уравнения равновесия для каждого тела (точки), добавляя к заданным силам реакции связей и учитывая закон равенства действия и противодействия (3-й закон Ньютона). Систему тел, для которой число неизвестных (в т. ч. реакций связи) больше числа определяющих их уравнений, называют статически неопределимой. Условия равновесия упруго деформируемого тела рассматриваются в теории упругости.
Аналитическая статика использует понятие возможного (виртуального) перемещения механической системы (в т. ч. подвижной), которое определяется механическими связями. В случае двусторонних идеальных связей суммарная работа реакций связей на любом возможном перемещении точек системы равна нулю. Тогда для выделения положений равновесия системы из всех возможных её положений, используя принцип возможных перемещений, можно составить такие уравнения равновесия, которые не содержат неизвестных реакций связей.