Statik: pek ulang kaji kilat

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

Soalan baharu Kembali 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| = √(a_x² + a_y² + a_z²)
Vektor unit: û = a/|a|
Komponen daripada sudut: F_x = F·cos θ, F_y = F·sin θ
Hasil darab titik: a·b = a_xb_x + a_yb_y + a_zb_z = |a||b|cos θ
Unjuran skalar a pada b: a·b/|b|
Kerja: W = F·d
Hasil darab silang: a × b = (a_yb_z − a_zb_y, a_zb_x − a_xb_z, a_xb_y − a_yb_x)
Luas: segi empat selari |a × b|, segi tiga ½|a × b|
Momen pada O: M_O = r × F, r = A − O
Isi padu parallelepiped: V = |a·(b × c)|

Kaedah

Tulis setiap vektor dalam komponen; bagi daya yang diberikan oleh magnitud dan sudut, gunakan F·cos θ dan F·sin θ.
Untuk panjang dan arah gunakan magnitud √(x² + y² + z²) dan vektor unit a/|a|.
Gunakan hasil darab titik untuk sudut, unjuran, keserenjangan dan kerja: a·b = |a||b|cos θ.
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: ΣF_x = 0, ΣF_y = 0, ΣM = 0
Beban seragam: paduan w·L di tengah beban
Momen: M = F·d

Kaedah

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

Kekuda: kaedah sambungan

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

Kaedah

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

Rangka & mesin

Keseimbangan setiap anggota: ΣF_x = 0, ΣF_y = 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 = √(F_x² + F_y²)
Tuil, playar, engkol loceng: F_in·a = F_out·b
Togol: F_link = F/(2 sin θ), Q = F/(2 tan θ)
Beban seragam: paduan w·L di tengah beban

Kaedah

Lukis seluruh struktur dan cari tindak balas penyokong jika ketakdiketahuinya tidak lebih daripada tiga.
Kenal pasti anggota dua daya: dibebani hanya pada dua pin, dayanya bertindak sepanjang garis antara pin.
Pisahkan rangka dan lukis setiap anggota secara berasingan, dengan daya pin yang sama besar dan bertentangan arah di mana anggota bertemu.
Untuk setiap anggota, ambil momen pada pin yang mempunyai daya tidak diketahui, kemudian gunakan ΣF_x = 0 dan ΣF_y = 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/y_max
Disokong mudah, beban seragam: M_max = wL²/8

Kaedah

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

Sentroid & momen luas kedua

Sentroid: ȳ = ΣA_iy_i/ΣA_i
Segi empat tepat: I = bh³/12
Teorem paksi selari: I = I_c + A·d²
Keratan gubahan: I = Σ(I_c,i + A_id_i²)

2Soalan latihan

1.Vektor: hasil darab titik & silangSederhana

Cari nilai k supaya vektor a = (5, 5, 1) dan b = (k, −6, −3) berserenjang.

a = (5, 5, 1)b = (k, −6, −3)

k =

2.Vektor: hasil darab titik & silangSukar

Cari luas A segi empat selari yang direntangi oleh a = (5, −6, −5) dan b = (2, −1, −4).

a = (5, −6, −5)b = (2, −1, −4)

A =

3.Tindak balas penyokong rasukSederhana

Rasuk itu mempunyai pin di A dan penggelek di B, 8 m dari A, dan menjulur melepasi B hingga hujung bebas C. Cari tindak balas menegak R_A, dengan ke atas sebagai positif.

AB = 8 mAC = 10 mP₁ = 35 kN pada 6 mP₂ = 75 kN pada 10 m

R_A = kN

4.Tindak balas penyokong rasukSukar

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

L = 6 mP = 50 kN pada 3.5 mw = 3 kN/m dari 2 hingga 6 m

R_B = kN

5.Kekuda: kaedah sambunganSederhana

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

rentang = 8 mtinggi = 3 mB ialah 3 m dari Abeban tegak = 30 kN

F_BC = kN

6.Kekuda: kaedah sambunganSukar

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

rentang = 8 mtinggi = 4 mB ialah 5 m dari Abeban tegak = 35 kNbeban mengufuk = 5 kN ←

F_BC = kN

7.Rangka & mesinSederhana

Rangka-A yang ditunjukkan bersandar pada pin di A dan penggelek di B, berjarak 5 m. Kaki bertemu pada pin C, setinggi 4 m, dan tali ikat mengufuk DE 1.8 m di atas tanah. Beban 8 kN bertindak pada C. Cari magnitud daya C yang dikenakan oleh pin C pada kaki BC.

P = 8 kNAB = 5 mketinggian C = 4 mketinggian DE = 1.8 m

C = kN

8.Rangka & mesinSukar

Rangka-A yang ditunjukkan berdiri pada pin di A dan penggelek di B, berjarak 3 m. Kaki bertemu pada pin C, setinggi 3.6 m, dan diikat oleh bar mengufuk DE pada 1.5 m. Daya mengufuk 15 kN ke kanan bertindak pada C. Cari tegangan T dalam tali ikat.

P = 15 kNAB = 3 mketinggian C = 3.6 mketinggian DE = 1.5 m

T = kN

9.Daya ricih & momen lenturSederhana

Tanda A hingga G membahagikan rasuk kepada enam bahagian yang sama. Pada tanda manakah momen lentur terbesar dari segi saiz, melendut (sagging) atau menjungkit (hogging)? Klik padanya dalam rajah.

35 kN @ 4 m25 kN @ 5 m

1A (x = 0 m)
2B (x = 1 m)
3C (x = 2 m)
4D (x = 3 m)
5E (x = 4 m)
6F (x = 5 m)
7G (x = 6 m)

10.Daya ricih & momen lenturSukar

Rasuk disokong mudah itu membawa beban teragih seragam pada sebahagian rentangnya. Cari momen lentur maksimum M_max dalam rasuk.

L = 4 mw = 8 kN/m dari 1 hingga 3 m

M_max = kN·m

11.Sentroid & momen luas keduaSederhana

Keratan alur diletakkan dengan sisi terbukanya ke atas: plat tapak selebar 140 mm dengan dua kaki tegak, setinggi 70 mm secara keseluruhan. Tapak dan kaki semuanya setebal 8 mm. Cari momen luas keduanya I_x pada paksi mengufuk x melalui sentroidnya.

b = 140 mmh = 70 mmt = 8 mm

I_x = × 10⁶ mm⁴

12.Sentroid & momen luas keduaSukar

Rasuk besi tuang mempunyai keratan T seperti yang ditunjukkan, dengan bebibir di atas. Tegasan yang dibenarkan ialah 60 MPa dalam tegangan dan 150 MPa dalam mampatan. Cari momen lentur sagging terbesar M_allow yang boleh ditanggung oleh rasuk.

b_f = 100 mmt_f = 20 mmt_w = 20 mmh_w = 180 mmσ_t,allow = 60 MPaσ_c,allow = 150 MPa

M_allow = kN·m

3Larutan

1.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: k = 6.6

Hasil darab titik: a·b = a_xb_x + a_yb_y + a_zb_z = |a|·|b|·cos θ, satu skalar. Ia memberikan sudut antara dua vektor, cos θ = a·b/(|a|·|b|), dan ia sifar apabila kedua-duanya berserenjang. Unjuran skalar a pada b ialah a·b/|b|, dan daya malar F yang bergerak melalui sesaran d melakukan kerja W = F·d.

Hasil darab titik sama dengan sifar

a·b = 5·k + 5·(−6) + 1·(−3) = 0

−33 + 5·k = 0

Selesaikan untuk k

k = −(−33)/5 = 6.6

Jawapan

k = 6.6

2.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: A = 22.58

Hasil darab silang: a × b = (a_yb_z − a_zb_y, a_zb_x − a_xb_z, a_xb_y − a_yb_x) berserenjang dengan kedua-dua vektor, dan |a × b| = |a|·|b|·sin θ ialah luas segi empat selari yang direntanginya (segi tiga mempunyai separuhnya). Susunan penting: b × a = −(a × b). Momen daya F yang dikenakan pada titik A terhadap titik O ialah M_O = r × F, dengan r = A − O.

Hasil darab silang

(a × b)_x = a_yb_z − a_zb_y = (−6)·(−4) − (−5)·(−1) = 19

(a × b)_y = a_zb_x − a_xb_z = (−5)·2 − 5·(−4) = 10

(a × b)_z = a_xb_y − a_yb_x = 5·(−1) − (−6)·2 = 7

Luas

A = |a × b| = √(19² + 10² + 7²) = 22.58

Jawapan

A = 22.58

3.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: R_A = −10 kN

Keseimbangan statik: jasad yang pegun mempunyai ΣF_x = 0, ΣF_y = 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.

ΣM_A = 0: R_B·8 = 35·6 + 75·10

R_B = 960/8 = 120 kN

Keseimbangan menegak

R_A = 35 + 75 − 120 = −10 kN

Jawapan

R_A = −10 kN

R_A negatif: pin di A perlu menahan rasuk ke bawah.

4.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: R_B = 37.17 kN

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

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 = 3·4 = 12 kN, bertindak pada x̄ = 4 m

ΣM_A = 0: R_B·6 = 50·3.5 + 3·4·4

R_B = 223/6 = 37.17 kN

ΣF_y = 0: R_A = 62 − 37.17 = 24.83 kN

Jawapan

R_B = 37.17 kN

5.Kekuda: kaedah sambungan

Jawapan: F_BC = −21.87 kN

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

Tindak balas penyokong

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

ΣM_A = 0: C_y·8 = 30·3 → C_y = 11.25 kN

ΣF_y = 0: A_y = 30 − 11.25 = 18.75 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 = 3/5.831 = 0.5145, cos γ = 5/5.831 = 0.8575

ΣF_y = 0: C_y + F_BC·sin γ = 0 → F_BC = −11.25/0.5145 = −21.87 kN

Jawapan

F_BC = −21.87 kN (mampatan)

6.Kekuda: kaedah sambungan

Jawapan: F_BC = −24.22 kN

Tindak balas penyokong

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

ΣM_A = 0: C_y·8 = 35·5 − 5·4 → C_y = 19.38 kN

ΣF_y = 0: A_y = 35 − 19.38 = 15.63 kN

ΣF_x = 0: A_x = 5 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 = 4/5 = 0.8, cos γ = 3/5 = 0.6

ΣF_y = 0: C_y + F_BC·sin γ = 0 → F_BC = −19.38/0.8 = −24.22 kN

Jawapan

F_BC = −24.22 kN (mampatan)

7.Rangka & mesin

Jawapan: C = 6.055 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 ΣF_x = 0, ΣF_y = 0 dan ΣM = 0 untuknya. Mengambil momen pada pin menyingkirkan kedua-dua komponen daya pin itu daripada persamaan.

Daya tali ikat daripada kaki BC

B_y = 4 kN

T = 4·2.5/2.2 = 4.545 kN

Komponen daya pin pada BC

C_x = T = 4.545 kN, C_y = −B_y = −4 kN

Magnitud

C = √(4.545² + 4²) = 6.055 kN

Jawapan

C = 6.055 kN

8.Rangka & mesin

Jawapan: T = 12.86 kN

Seluruh rangka: momen pada A

B_y·3 = 15·3.6

B_y = 18 kN

Kaki BC: momen pada C

18·1.5 = T·2.1

T = 12.86 kN

Jawapan

T = 12.86 kN

T positif bermaksud tali ikat dalam tegangan, seperti yang dianggap.

9.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: E (x = 4 m)

Momen lentur terbesar: M berubah kecerunan di mana sahaja daya ricih berubah, jadi puncaknya terletak di mana daya ricih melintasi sifar: di bawah beban titik, di dalam beban teragih, atau di atas penyokong bagi juluran. Pada penyokong tetap kantilever, momen adalah terbesar di dinding. Bandingkan saiz M di tempat-tempat itu, melendut (sagging) atau menjungkit (hogging).

Tindak balas penyokong

Ambil momen pada satu penyokong, kemudian gunakan imbangan daya mencancang.

R₁ = 15.83 kN, R₂ = 44.17 kN

Momen lentur pada setiap tanda

Jumlahkan momen semua daya di satu sebelah potongan. Melendut (sagging) ialah positif, menjungkit (hogging) negatif.

M_A = 0, M_B = 15.83, M_C = 31.67, M_D = 47.5, M_E = 63.33 kN·m, M_F = 44.17, M_G = 0

Jawapan

Tanda E: M_E = 63.33 kN·m

10.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: M_max = 12 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.

Paduan UDL: W = w·ℓ = 8·2 = 16 kN, bertindak pada x̄ = 2 m

ΣM_A = 0: R_B·4 = 8·2·2

R_B = 32/4 = 8 kN

ΣF_y = 0: R_A = 16 − 8 = 8 kN

Daya ricih sifar

Daya ricih bermula pada R_A, kekal malar pada sebarang bahagian yang tidak dibebani dan menurun dengan kecerunan w di dalam beban.

R_A − w·(x₀ − 1) = 0

x₀ = 1 + 8/8 = 2 m

Momen maksimum

M_max = R_A·x₀ − w·(x₀ − 1)²/2 = 8·2 − 8·1²/2 = 12 kN·m

Jawapan

M_max = 12 kN·m

11.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: I_x = 0.9682 × 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.

Pecahkan kepada segi empat tepat

Ambil tapak berlebar penuh dan dua kaki di atasnya (tinggi h − t), supaya tiada yang dikira dua kali.

bes: A₁ = 140·8 = 1120 mm², y₁ = 4 mm

dua kaki: A₂ = 2·8·62 = 992 mm², y₂ = 8 + 62/2 = 39 mm

Sentroid

ȳ = (1120·4 + 992·39)/2112 = 20.44 mm

Teorem paksi selari

bes: 140·8³/12 + 1120·(4 − 20.44)² = 308657 mm⁴

dua kaki: 2·8·62³/12 + 992·(39 − 20.44)² = 659511 mm⁴

I_x = 308657 + 659511

I_x = 968168 mm⁴ = 0.9682 × 10⁶ mm⁴

Jawapan

I_x = 0.9682 × 10⁶ mm⁴

12.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: M_allow = 10.81 kN·m

Sentroid

ȳ = (2000·190 + 3600·90)/5600 = 125.7 mm

tepi atas: c = 200 − 125.7 = 74.29 mm

Momen luas kedua

I = 100·20³/12 + 2000·64.29² + 20·180³/12 + 3600·35.71² = 2.264 × 10⁷ mm⁴

Momen yang dibenarkan oleh setiap tepi

Sagging: bahagian atas dalam mampatan, bahagian bawah dalam tegangan.

tepi atas: M = 150·2.264 × 10⁷/74.29 = 45.72 kN·m

tepi bawah: M = 60·2.264 × 10⁷/125.7 = 10.81 kN·m

Nilai penentu

M_allow = min = 10.81 kN·m (tepi bawah)

Jawapan

M_allow = 10.81 kN·m

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics