Statik: pek ulang kaji kilat

Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 12 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.

Soalan baharuKembali ke kursus

Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.

1Formula dan kaedah

Vektor: hasil darab titik & silang

Magnitud
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vektor unit
û = a/|a|
Komponen daripada sudut
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Hasil darab titik
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Unjuran skalar a pada b
a·b/|b|
Kerja
W = F·d
Hasil darab silang
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Luas
segi empat selari |a × b|, segi tiga ½|a × b|
Momen pada O
MO = r × F, r = A − O
Isi padu parallelepiped
V = |a·(b × c)|

Kaedah

  1. Tulis setiap vektor dalam komponen; bagi daya yang diberikan oleh magnitud dan sudut, gunakan F·cos θ dan F·sin θ.
  2. Untuk panjang dan arah gunakan magnitud √(x² + y² + z²) dan vektor unit a/|a|.
  3. Gunakan hasil darab titik untuk sudut, unjuran, keserenjangan dan kerja: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Gunakan hasil darab silang untuk vektor berserenjang, luas dan momen: tulis ketiga-tiga komponen dengan teliti, dan kekalkan susunan a × b.

Tindak balas penyokong rasuk

Keseimbangan
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Beban seragam
paduan w·L di tengah beban
Momen
M = F·d

Kaedah

  1. Lukis gambar rajah jasad bebas dan gantikan setiap penyokong dengan tindak balasnya.
  2. Gantikan setiap beban teragih dengan satu daya pada sentroidnya.
  3. Ambil momen pada satu penyokong untuk mencari tindak balas pada penyokong yang lain.
  4. Gunakan ΣFy = 0 untuk mencari tindak balas yang tinggal, dan semak dengan persamaan momen kedua.

Kekuda: kaedah sambungan

Kaedah sambungan
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Kaedah keratan
ΣM = 0 about a cut point
Daya anggota
positif = tegangan, negatif = mampatan

Kaedah

  1. Cari tindak balas penyokong bagi keseluruhan kekuda.
  2. Kaedah sambungan: mulakan pada sambungan dengan paling banyak dua daya anggota yang tidak diketahui dan gunakan ΣFx = 0 dan ΣFy = 0.
  3. Kaedah keratan: potong melalui anggota yang anda perlukan dan ambil momen pada titik di mana anggota tidak diketahui yang lain bertemu.
  4. Andaikan tegangan; jawapan negatif bermaksud mampatan.

Rangka & mesin

Keseimbangan setiap anggota
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Anggota dua daya
daya sepanjang garis melalui kedua-dua pinnya
Daya pin
sama besar dan bertentangan arah pada kedua-dua anggota yang disambungnya
Magnitud daya pin
F = √(Fx² + Fy²)
Tuil, playar, engkol loceng
Fin·a = Fout·b
Togol
Flink = F/(2 sin θ), Q = F/(2 tan θ)
Beban seragam
paduan w·L di tengah beban

Kaedah

  1. Lukis seluruh struktur dan cari tindak balas penyokong jika ketakdiketahuinya tidak lebih daripada tiga.
  2. Kenal pasti anggota dua daya: dibebani hanya pada dua pin, dayanya bertindak sepanjang garis antara pin.
  3. Pisahkan rangka dan lukis setiap anggota secara berasingan, dengan daya pin yang sama besar dan bertentangan arah di mana anggota bertemu.
  4. Untuk setiap anggota, ambil momen pada pin yang mempunyai daya tidak diketahui, kemudian gunakan ΣFx = 0 dan ΣFy = 0; gabungkan komponen menjadi magnitud pada akhirnya.

Daya ricih & momen lentur

Ricih dan momen
V = ΣF pada satu sisi, M = ΣF·d pada satu sisi
Tegasan lenturan
σ = M·y/I
Segi empat tepat
I = bh³/12
Modulus keratan
W = I/ymax
Disokong mudah, beban seragam
Mmax = wL²/8

Kaedah

  1. Cari tindak balas penyokong daripada keseimbangan seluruh rasuk.
  2. Potong rasuk pada keratan yang anda perlukan dan simpan satu sebelah.
  3. Daya ricih: hasil tambah daya tegak pada sebelah itu. Momen lentur: hasil tambah momennya pada potongan.
  4. Untuk momen maksimum, cari di mana daya ricih ialah sifar.

Sentroid & momen luas kedua

Sentroid
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
Segi empat tepat
I = bh³/12
Teorem paksi selari
I = Ic + A·d²
Keratan gubahan
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

2Soalan latihan

1.Vektor: hasil darab titik & silangSederhana
xyzab

Cari hasil darab titik a·b bagi a = (−5, 5, 1) dan b = (−5, 3, 1).

a = (−5, 5, 1)b = (−5, 3, 1)
a·b =
2.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
xyzab

Bagi a = (3, −2, 0) dan b = (2, 0, −2), cari komponen-x (a × b)x hasil darab silang a × b.

a = (3, −2, 0)b = (2, 0, −2)
(a × b)x =
3.Tindak balas penyokong rasukSederhana
P = 30 kNM = 60 kN·mABRA​ = ?4 m1 m5 m

Rasuk disokong mudah itu mempunyai pin di A dan penggelek di B. Ia membawa beban titik P pada 4 m dari A dan pasangan daya ikut arah jam M pada 5 m dari A. Cari tindak balas menegak RA, dengan ke atas sebagai positif.

L = 10 mP = 30 kN pada 4 mM = 60 kN·m (ikut arah jam) pada 5 m
RA = kN
4.Tindak balas penyokong rasukSukar
w = 4 kN/mP = 50 kNABRA​ = ?RB​4 m2 m1 m1 m

Rasuk disokong mudah itu mempunyai penyokong pin di A dan penyokong penggelek di B. Cari tindak balas penyokong tegak RA.

L = 8 mP = 50 kN pada 4 mw = 4 kN/m dari 6 hingga 7 m
RA = kN
5.Kekuda: kaedah sambunganSederhana
ABBCACACB35 kN8 m3 m4 m

Gunakan kaedah sambungan untuk mencari daya FAC dalam anggota AC. Berikan tegangan sebagai positif dan mampatan sebagai negatif.

rentang = 8 mtinggi = 4 mB ialah 3 m dari Abeban tegak = 35 kN
FAC = kN
6.Kekuda: kaedah sambunganSukar
ABCDEFGH25 kN25 kN10 kN20 kN4 × 4 m4 m

Tepat satu anggota kekuda ini tidak membawa daya di bawah beban ini. Yang manakah anggota daya sifar? Klik padanya dalam rajah.

B: 25 kN ↓D: 25 kN ↓F: 10 kN ↓H: 20 kN ←
  1. 1anggota AB
  2. 2anggota BC
  3. 3anggota CD
  4. 4anggota DE
  5. 5anggota FG
  6. 6anggota GH
  7. 7anggota AF
  8. 8anggota HE
  9. 9anggota BF
  10. 10anggota CG
  11. 11anggota DH
  12. 12anggota BG
  13. 13anggota DG
7.Rangka & mesinSederhana
5 kN4 m2 m2.4 mABCK

Rangka yang ditunjukkan mempunyai pin di A, B dan C; A dan C dipasang pada tanah berjarak 4 m, dan B setinggi 2 m dari tanah dan 2.4 m di sebelah kanan A. Beban menegak 5 kN bertindak pada anggota AB di K, 1.8 m (secara mengufuk) dari A. Cari daya FBC dalam anggota BC.

P = 5 kNL = 4 mH = 2 mjarak mengufuk A ke B = 2.4 mjarak mengufuk A ke K = 1.8 m
FBC = kN
8.Rangka & mesinSukar
w = 5 kN/m15 kN1.6 m0.4 m0.8 mABCD

Rasuk AB pendakap dinding yang ditunjukkan dipin di A dan ditopang oleh topang CD (C berada 0.8 m di bawah A). Rasuk membawa beban seragam 5 kN/m sepanjang keseluruhan panjangnya dan beban titik 15 kN pada hujung bebasnya B. Cari daya FCD dalam topang.

w = 5 kN/mP = 15 kNAD = 1.6 mAB = 2 mAC = 0.8 m
FCD = kN
9.Daya ricih & momen lenturSederhana
w = 10 kN/mP = 55 kNAB5 m

Julur itu terikat tetap pada A. Ia membawa beban teragih seragam w sepanjang keseluruhan panjangnya dan beban titik P pada 5 m dari A. Cari momen lentur MA pada penyokong tetap A. Gunakan momen sagging sebagai positif dan daya ricih ke atas pada muka kiri sebagai positif.

L = 5 mP = 55 kN pada 5 mw = 10 kN/m dari 0 hingga 5 m
MA = kN·m
10.Daya ricih & momen lenturSukar
w = 8 kN/mABC6 m1.5 m

Rasuk itu bertumpu pada pin di A dan penggelek di B serta menjulur melepasi B sejauh 1.5 m hingga hujung bebas C. Beban teragih seragam w bertindak sepanjang keseluruhan panjang A–C. Cari momen lentur sagging maksimum Mmax di antara penyokong.

L = 7.5 mw = 8 kN/m dari 0 hingga 7.5 mpenyokong pada x = 0 dan x = 6 m
Mmax = kN·m
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
1202018014xdimensi dalam mm

Cari momen luas kedua Ix keratan-T pada paksi mengufuk x yang melalui sentroidnya.

bf = 120 mmtf = 20 mmtw = 14 mmhw = 180 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
100 mm150 mm45 mm60 × 20xIx​ = ?

Plat 100 mm × 150 mm mempunyai potongan segi empat tepat selebar 60 mm dan setinggi 20 mm, berpusat pada garis tengah menegak dengan pusatnya 45 mm di atas bahagian bawah. Cari momen luas kedua Ix pada paksi mengufuk melalui sentroid.

b = 100 mmh = 150 mmpotongan: 60 × 20 mmpusat lubang: y = 45 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴

3Larutan

1.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: a·b = 41

Dot product: a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, a scalar. It gives the angle between two vectors, cos θ = a·b/(|a|·|b|), and it is zero when they are perpendicular. The scalar projection of a onto b is a·b/|b|, and a constant force F moving through a displacement d does work W = F·d.

Darabkan komponen yang sepadan dan tambah

a·b = (−5)·(−5) + 5·3 + 1·1 = 25 + 15 + 1 = 41

Jawapan

a·b = 41

Positif: sudut antara vektor kurang daripada 90°.

2.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: (a × b)x = 4

Cross product: a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) is perpendicular to both vectors, and |a × b| = |a|·|b|·sin θ is the area of the parallelogram they span (the triangle has half of it). Order matters: b × a = −(a × b). The moment of a force F applied at point A about point O is MO = r × F, with r = A − O.

Hasil darab silang, komponen demi komponen

(a × b)x = aybz − azby = (−2)·(−2) − 0·0 = 4
(a × b)y = azbx − axbz = 0·2 − 3·(−2) = 6
(a × b)z = axby − aybx = 3·0 − (−2)·2 = 4

Komponen yang diminta

(a × b)x = 4

Jawapan

(a × b)x = 4

Semak: a × b berserenjang dengan kedua-dua vektor, maka hasil darab titiknya dengan a dan dengan b ialah sifar.

3.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: RA = 12 kN

Keseimbangan statik: jasad yang pegun mempunyai ΣFx = 0, ΣFy = 0 dan ΣM = 0 pada mana-mana titik. Gantikan setiap beban teragih dengan daya paduannya (luasnya) yang bertindak pada sentroid gambar rajah beban, dan ambil momen pada satu penyokong untuk menghapuskan tindak balas penyokong itu daripada persamaan.

Momen pada A

Lawan arah jam positif.

ΣMA = 0: RB·10 − 30·4 − 60 = 0
RB = 180/10 = 18 kN

Keseimbangan menegak

RA = 30 − 18 = 12 kN

Jawapan

RA = 12 kN

Tindak balas negatif bertindak ke bawah.

4.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: RA = 25.75 kN

Keseimbangan statik: jasad yang pegun mempunyai ΣFx = 0, ΣFy = 0 dan ΣM = 0 pada sebarang titik. Mengambil momen pada satu penyokong menyingkirkan tindak balas penyokong itu daripada persamaan.

w = 4 kN/mP = 50 kNABRA​RB​4 m2 m1 m1 m

Gambar rajah jasad bebas

Gantikan penyokong dengan daya tindak balas. Penggelek memberikan satu tindak balas tegak; dengan beban tegak sahaja, pin juga memberikan satu tindak balas tegak.

Keseimbangan

Momen pada A, lawan arah jam positif. Kemudian keseimbangan daya tegak.

Paduan UDL: W = w·ℓ = 4·1 = 4 kN, bertindak pada x̄ = 6.5 m
ΣMA = 0: RB·8 = 50·4 + 4·1·6.5
RB = 226/8 = 28.25 kN
ΣFy = 0: RA = 54 − 28.25 = 25.75 kN

Jawapan

RA = 25.75 kN
5.Kekuda: kaedah sambungan

Jawapan: FAC = 16.41 kN

Kaedah sambungan: setiap pin kekuda berada dalam keseimbangan, jadi ΣFx = 0 dan ΣFy = 0 pada setiap sambungan. Mulakan pada sambungan dengan paling banyak dua daya anggota yang tidak diketahui. Hasil negatif bermaksud anggota berada dalam mampatan.

ABBCACACB35 kNAy​Cy​

Tindak balas penyokong

Keseimbangan seluruh kekuda. Momen pada A, lawan arah jam positif.

ΣMA = 0: Cy·8 = 35·3 → Cy = 13.13 kN
ΣFy = 0: Ay = 35 − 13.13 = 21.88 kN

Sambungan C

Penggelek hanya memberikan tindak balas tegak, jadi sambungan C hanya mempunyai dua daya anggota yang tidak diketahui. Andaikan kedua-duanya dalam tegangan.

sin γ = 4/6.403 = 0.6247, cos γ = 5/6.403 = 0.7809
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −13.13/0.6247 = −21.01 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(−21.01)·0.7809 = 16.41 kN

Jawapan

FAC = 16.41 kN (tegangan)
6.Kekuda: kaedah sambungan

Jawapan: anggota CG

Anggota daya sifar: pada sendi, daya mesti seimbang dalam setiap arah. Jika sendi tidak mempunyai beban dan tiada penyokong, dan dua daripada tiga anggotanya segaris, maka imbangan merentasi garisan itu hanya melibatkan anggota ketiga, jadi dayanya sifar. Jika hanya dua anggota bertemu pada sendi tanpa beban dan keduanya tidak segaris, kedua-duanya sifar.

Sendi C

BC dan CD terletak pada satu garis lurus dan sendi tidak membawa beban. Mengimbangkan daya merentasi garisan itu meninggalkan hanya CG.

ΣF⊥ = 0 → FCG = 0

Semak dengan kaedah sendi

Menyelesaikan semua sendi memberikan daya anggota ini (T = tegangan, C = mampatan).

AB: 17.5 kN (T), BC: 20 kN (T), CD: 20 kN (T), DE: 22.5 kN (T), FG: 37.5 kN (C), GH: 42.5 kN (C), AF: 53.03 kN (C), HE: 31.82 kN (C), BF: 27.5 kN (T), CG: 0, DH: 22.5 kN (T), BG: 3.536 kN (C), DG: 3.536 kN (T)

Jawapan

Anggota daya sifar: CG
7.Rangka & mesin

Jawapan: FBC = 2.881 kN

Rangka dan mesin: tidak seperti kekuda, rangka mengandungi sekurang-kurangnya satu anggota yang membawa daya pada lebih daripada dua titik, atau beban di antara pinnya. Pertama cari anggota dua daya: anggota yang dibebani hanya pada dua pin mempunyai dayanya sepanjang garis melalui keduanya, jadi ia menambah satu ketakdiketahuan, bukan dua. Kemudian gunakan seluruh struktur untuk tindak balas penyokong apabila ketakdiketahuan tidak lebih daripada tiga. Akhirnya pisahkan rangka: lukis setiap anggota secara berasingan, dengan daya pin yang sama besar dan bertentangan arah pada kedua-dua anggota yang disambungnya, dan tulis ΣFx = 0, ΣFy = 0 dan ΣM = 0 untuknya. Mengambil momen pada pin menyingkirkan kedua-dua komponen daya pin itu daripada persamaan.

Anggota dua daya BC

BC = √(1.6² + 2²) = 2.561 m

Seluruh rangka: momen pada A

Tanah menolak BC pada C sepanjang CB; komponen mengufuknya melalui A, hanya yang menegak mempunyai momen.

FBC·(2/2.561)·4 = 5·1.8
FBC = 2.881 kN (mampatan)

Jawapan

FBC = 2.881 kN
8.Rangka & mesin

Jawapan: FCD = 55.9 kN

Rangka dan mesin: tidak seperti kekuda, rangka mengandungi sekurang-kurangnya satu anggota yang membawa daya pada lebih daripada dua titik, atau beban di antara pinnya. Pertama cari anggota dua daya: anggota yang dibebani hanya pada dua pin mempunyai dayanya sepanjang garis melalui keduanya, jadi ia menambah satu ketakdiketahuan, bukan dua. Kemudian gunakan seluruh struktur untuk tindak balas penyokong apabila ketakdiketahuan tidak lebih daripada tiga. Akhirnya pisahkan rangka: lukis setiap anggota secara berasingan, dengan daya pin yang sama besar dan bertentangan arah pada kedua-dua anggota yang disambungnya, dan tulis ΣFx = 0, ΣFy = 0 dan ΣM = 0 untuknya. Mengambil momen pada pin menyingkirkan kedua-dua komponen daya pin itu daripada persamaan.

Paduan beban seragam

w·L = 5·2 = 10 kN pada 1 m

Momen pada A untuk rasuk

FCD·0.4472·1.6 = 10·1 + 15·2 = 40 kN·m
FCD = 55.9 kN

Jawapan

FCD = 55.9 kN
9.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: MA = −400 kN·m

Kaedah keratan: potong rasuk di tempat yang anda mahu mencari daya dalaman dan simpan satu sebelah. Daya ricih V mengimbangi daya tegak pada sebelah itu, dan momen lentur M mengimbangi momennya pada potongan.

Simpan bahagian hujung bebas

P: −55·5 = −275 kN·m
w: −10·5²/2 = −125 kN·m
MA = −275 − 125 = −400 kN·m

Jawapan

MA = −400 kN·m

Negatif bermaksud hogging: tegangan pada muka atas.

10.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: Mmax = 31.64 kN·m

Kaedah keratan: potong rasuk di tempat yang anda mahu mencari daya dalaman dan simpan satu sebelah. Daya ricih V mengimbangi daya tegak pada sebelah itu, dan momen lentur M mengimbangi momennya pada potongan. Momen maksimum: kerana dM/dx = V, momen lentur mencapai puncak di mana daya ricih melalui sifar, sama ada pada beban titik atau di dalam beban teragih.

Tindak balas penyokong

Keseimbangan seluruh rasuk, termasuk beban pada juluran.

Paduan UDL: W = w·ℓ = 8·7.5 = 60 kN, bertindak pada x̄ = 3.75 m
ΣMA = 0: RB·6 = 8·7.5·3.75
RB = 225/6 = 37.5 kN
ΣFy = 0: RA = 60 − 37.5 = 22.5 kN

Daya ricih sifar

RA − w·x0 = 0 → x0 = 22.5/8 = 2.813 m

Momen sagging maksimum

Mmax = RA·x0 − w·x0²/2 = RA²/(2w) = 22.5²/(2·8) = 31.64 kN·m

Jawapan

Mmax = 31.64 kN·m
11.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: Ix = 19.18 × 10⁶ mm⁴

Luas gubahan: bahagikan keratan kepada segi empat tepat. Sentroid ialah purata berwajaran luas ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Momen luas kedua pada paksi sentroid menambah bh³/12 setiap bahagian dan sebutan paksi selari A·d²nya, dengan d ialah jarak dari sentroid bahagian itu ke sentroid keseluruhan. Tegasan lenturan ialah σ = M·y/I.

Bahagikan kepada dua segi empat tepat

Ukur setiap y dari tepi bawah.

bebibir: Af = 120·20 = 2400 mm², yf = 180 + 20/2 = 190 mm
web: Aw = 14·180 = 2520 mm², yw = 180/2 = 90 mm

Sentroid

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2400·190 + 2520·90)/4920 = 138.8 mm

Teorem paksi selari

bebibir: 120·20³/12 + 2400·(190 − 138.8)² = 6.376 × 10⁶ mm⁴
web: 14·180³/12 + 2520·(90 − 138.8)² = 1.28 × 10⁷ mm⁴
Ix = 6.376 × 10⁶ + 1.28 × 10⁷ = 1.918 × 10⁷ mm⁴ = 19.18 × 10⁶ mm⁴

Jawapan

Ix = 19.18 × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: Ix = 26.91 × 10⁶ mm⁴

Keratan dengan lubang: anggap lubang sebagai luas negatif. Sentroidnya ialah ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂), dengan A₁, y₁ untuk plat penuh dan A₂, y₂ untuk lubang. Untuk momen luas kedua pada paksi sentroid, gunakan teorem paksi selari bagi setiap bahagian dan tolak lubang: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²), dengan d jarak dari sentroid setiap bahagian ke paksi melalui ȳ. Segi empat tepat mempunyai Ic = bh³/12 dan bulatan Ic = πd⁴/64.

Sentroid

ȳ = (15000·75 − 1200·45)/(15000 − 1200) = 77.61 mm

Plat penuh pada ȳ

100·150³/12 + 15000·−2.609² = 28.23 × 10⁶ mm⁴

Lubang pada ȳ

60·20³/12 + 1200·−32.61² = 1.316 × 10⁶ mm⁴

Tolak

Ix = 26.91 × 10⁶ mm⁴

Jawapan

Ix = 26.91 × 10⁶ mm⁴

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics