
Newtons første lov tar for seg legemer i statisk likevekt, og statisk likevekt betyr kort og godt at legemet er i ro, eventuelt at legemet beveger seg med konstant hastighet. Vi har lært at kraft er det som skaper akselerasjon, så da kan man kanskje tro at legemet er i ro fordi det ikke er noen krefter til stede. I praksis er alle legemer utsatt for krefters påvirkning på et eller annet vis, og når et legeme er i ro så skyldes det at kreftene tilpasser hverandre seg på en slik måte at kreftene utliknes. Vogna under er i ro fordi de to kreftene F1 og F2 er like store og motsatt rettet, og til sammen virker det som om det ikke er noen kraft på vogna.
Når summen av de ytre kreftene som virker på et legeme er null, så får legemet ingen akselerasjon, slik er Newtons første lov. Den delen av mekanikk som tar for seg legemet er i statisk likevekt kaller vi for statikk eller likevektslære. Newtons første lov kan betraktes som et spesialtilfelle av Newtons andre lov.
Fastholding
Hvis vi prøver å skape statisk likevekt ved kun å påføre krefter på et legeme, så vil vi oppdage at det kan være vanskelig å finne en balanse mellom kreftene som gir likevekt. Dette er illustrert med figuren under hvor knuten i midten skal være i ro når tre personer trekker i hvert sitt tau, dette er ikke så lett å få til.
Naturen har en egen evne til å skape likevekt, det ser vi ved at det meste omkring oss er i ro. Likevekt skyldes nesten alltid at legemet er fastholdt og forhindret fra å bevege seg. Vi har mange former for fastholdinger og figurene under gir noen idealiserte eksempler. Første kloss ligger i ro på grunn av friksjonen mot underlaget. Den andre klossen står på et solid underlag og lar seg ikke trykke ned. Tredje figur viser en bjelke som kommer ut av en vegg, og bjelken klarer fint å bære krefter som virker på tvers av bjelken. Til sist har vi et lodd og her er det en kjetting som motvirker tyngdekraften. Men hvis vi påfører en horisontal kraft så fungerer ikke kjettingen som en fastholding.
En fastholding er en forbindelse som knytter et legeme til omgivelsene på en eller annen måte, og gjennom disse forbindelsene utveksler legemet krefter med omgivelsene. Når legemet belastes med ytre krefter så oppstår det såkalte reaksjonskrefter i fastholdingene, og reaksjonskrefter tilpasser seg akkurat slik at kraftsummen blir null. Reaksjonskrefter gjennom fastholdinger er naturens måte å skape likevekt. Alle fastholdinger har en grense for hvor store reaksjonskrefter som kan overføres gjennom forbindelsen. Vi er godt kjent med at friksjonskrefter har en grense. Stålkjettingen kan overbelastes og revne osv.
Når tyngdekraften virker på loddet oppstår det en strekkraft i kjettingen som er like stor som tyngdekraften men motsatt rettet. Og hvis tyngdekraften ikke virket på loddet så ville det heller ikke være noen reaksjonskraft i kjettingen. Alle legemer som er i ro, er fastholdt på en eller annen måte, og denne evnen naturen har til å skape likevekt gjør at definisjonen "kraft er noe som gir akselerasjon" ikke passer helt med våre erfaringer med krefter.
Opplagring
En konstruksjon kan fastholdes på mange forskjellige måter og vi innfører symboler som representerer ulike opplagerbetingelser.
Kraftoverføring: | |
---|---|
Stanglager (tau): | I stangens retning = 1 ukjent |
Glidelager: | Normalt på planet = 1 ukjent |
Boltlager: | I alle retninger = 2 ukjente |
Fast innspenning: | I alle retninger pluss kraftpar = 3 ukjente |
Formålet med opplagerbetingelsene er å beskrive hvordan legemet er forbundet med omgivelsene. Den virkelige forbindelsen er neppe 100% slik som opplagerbetingelsene angir. Opplagrene må betraktes som en idealisering, og det vil ofte være nødvendig å gjøre en grundig ingeniørvurdering av den virkelige konstruksjonen for å velge rett opplager. Mange innfestninger ligger nok et sted mellom fast innspenning og boltelager. Når en konstruksjon belastes med ytre krefter så oppstår det reaksjonskrefter i opplagene eller innfestningen og det er disse som skaper likevekt. Opplagrene er en måte å beskrive hvordan konstruksjonen forholder seg til omgivelsene. Valg av opplagre kan ha stor betydning for beregningsresultatet men vi skal ikke gå inn i dette temaet.