સ્થિતિશાસ્ત્ર (statics) : દૃઢ (rigid) પદાર્થ ઉપર બળોના સમતોલન(equillibrium)નો સિદ્ધાંત. તે યંત્રશાસ્ત્ર(mechanics)ની એક શાખા છે. બીજી રીતે સ્થિર કે અચળ ગતિ કરતા પદાર્થ ઉપર લાગતાં બળોની અસરનું વિજ્ઞાન છે. સ્થિર કે અચળ ગતિ અને એક જ દિશા ધરાવતા પદાર્થ સાથે સ્થિતિશાસ્ત્ર નિસબત ધરાવે છે. આવો પદાર્થ સમતોલનમાં હોય છે.
સ્થિતિશાસ્ત્રનો, ખાસ કરીને ઉપયોગ સ્થાપત્ય સ્થિતિશાસ્ત્ર-(architectural statics)માં એટલે કે ફલન (bearing), પાટડો (beam) અને ટ્રુસ(trusses)માં થાય છે. ટ્રુસ એટલે ખાસ કરીને મકાનોની બાબતે બળોની ક્ષતિપૂર્તિ (વળતર) અને વિતરણ માટેની રચના (કૃતિ).
દૃઢ પદાર્થ ઉપર લાગતાં બળોને બળ-સદિશો (force-vectors) તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે. તે સાદા (સામાન્ય) સદિશોથી જુદા પડે છે; કારણ કે બળ-સદિશમાં કાર્યબિંદુ(point of application)નો સમાવેશ થાય છે. એટલે કે તેનો ઉલ્લેખ મહત્વનો છે. કાર્યબિંદુ જ્યાં આગળ બળો લાગતાં હોય તેવાં બિંદુને નિર્દિષ્ટ કરે છે.
સામાન્ય સદિશ તેનું મૂલ્ય (magnitude) અને દિશા સૂચવે છે; જ્યારે બળ-સદિશ બળનું મૂલ્ય (લંબાઈ), દિશા (કાર્યરેખા) અને કાર્યબિંદુનું સૂચન કરે છે. બળ-સદિશ કાર્યબિંદુમાંથી શરૂ થાય છે, તીરની દિશામાં કાર્યરેખા ઉપર થઈને જાય છે અને તેની લંબાઈ તેનું મૂલ્ય દર્શાવે છે. આવું છે બળ-સદિશનું વૈચારિક નિરૂપણ.
સ્થિતિશાસ્ત્રના સમતોલનની શરતો : પદાર્થ સ્થિર રહે તે માટે નીચેની શરતો સંતોષાય તે અનિવાર્ય છે.
દૃઢ પદાર્થોનું સમતોલન. S : દ્રવ્યમાન કેન્દ્ર છે.
(1) લાગુ પાડેલાં બધાં જ બળોનું પરિણામ શૂન્ય મળવું જોઈએ. એટલે કે બળોનો સદિશ સરવાળો શૂન્ય થવો જોઈએ. આ શરતથી પદાર્થ સુરેખ સ્થાનાંતર ગતિ (translational motion) કરતો નથી એટલું નિશ્ચિત થાય છે. ધારો કે પદાર્થ ઉપર બળો ….. લાગે છે તો તેનું પરિણામી બળ થાય છે.
ઘટક-સંકેતોમાં દર્શાવતાં નીચે પ્રમાણે મળે છે :
F1x + F2x + …… = ∑i Fix = 0
F1y + F2y + …… = ∑i Fiy = 0
F1z + F2z + …… = ∑i Fiz = 0
આ બધાં જ બળો એક જ બિંદુએ લાગુ પડતાં હોય તો સમતોલનની શરત નીચે પ્રમાણે મળે છે :
બળ શૂન્ય હોય ત્યારે ટૉર્ક પણ શૂન્ય થાય છે, આથી ટૉર્કનો સરવાળો પણ શૂન્ય થાય છે. જો બધાં જ બળો એક જ સમતલમાં હોય, તો સમતલને લંબ એવા યામનાં ઘટક-સમીકરણો રદ (દૂર) થાય છે. બળોની કાર્યરેખાઓ એક જ બિંદુ આગળ છેદતી હોય તો બળોના સમતોલન માટે મળતી બળ-આકૃતિ પૂર્ણ બહુકોણ (closed polygon) મળે છે.
(2) બધા જ ટૉર્કનો સદિશ સરવાળો શૂન્ય થવો જોઈએ – આ નિયમ નિશ્ચિત કરે છે કે પદાર્થ ધૂર્ણન (કે ચાક) ગતિ (rotational motion) કરતો નથી. ધારો કે દૃઢ પદાર્થ ઉપર , τ1x + τ2x …… ટૉર્ક લાગે છે. તેમનું પરિણામી ટૉર્ક થાય છે.
ઘટક-સંકેતોમાં દર્શાવતાં નીચે પ્રમાણે મળે છે :
τ1x + τ2x + …… = Σi τix = 0
τ1y + τ2y + …… = Σi τiy = 0
τ1z + τ2z + …… = Σi τiz = 0
લીવરનો નિયમ બીજી શરતનું પાલન કરે છે. જો દૃઢ પદાર્થ ઉપર બે બળો F1 અને F2 ચાકકેન્દ્ર(center of rotation)થી d1 અને d2 અંતરે લાગતાં હોય તો અને તે સમતોલનમાં હોય તો
= થાય છે.
સ્થિતિશાસ્ત્ર(ખાસ કરીને યંત્રશાસ્ત્ર)ને લગતા પ્રશ્નોના અભ્યાસમાં બળ-સદિશો ઉપર (1) અધ્યારોપણ(superposition)નો અને (2) સંચરણશીલતા(transmissibility)ના સિદ્ધાંતનો અવારનવાર ઉપયોગ થતો હોય છે. આમ તો બધા જ સદિશોને આ સિદ્ધાંતો લાગુ પડે છે, પણ બળ અને ટૉર્કને તો તે ખાસ લાગુ પડે છે.
પ્રહલાદ છ. પટેલ