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
xyzdFAB

Daya malar F = (−25, −25, 10) N bertindak pada sesuatu objek semasa ia bergerak dalam garis lurus dari titik A(5, −3, 3) ke titik B(3, 1, 0). Koordinat dalam meter. Cari kerja W yang dilakukan oleh daya itu.

F = (−25, −25, 10) NA(5, −3, 3) mB(3, 1, 0) m
W = J
2.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
xyzabc

Cari isi padu V parallelepiped yang sisinya dari satu bucu ialah a = (−3, −4, 2), b = (−3, 0, −3) dan c = (0, −5, −4).

a = (−3, −4, 2)b = (−3, 0, −3)c = (0, −5, −4)
V =
3.Tindak balas penyokong rasukSederhana
P1​ = 25 kNP2​ = 10 kNABRA​RB​ = ?1 m2 m1 m

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

L = 4 mP1 = 25 kN pada 1 mP2 = 10 kN pada 3 m
RB = kN
4.Tindak balas penyokong rasukSukar
w = 8 kN/mP = 60 kNABRA​RB​ = ?5 m1 m1 m3 m

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

L = 10 mP = 60 kN pada 6 mw = 8 kN/m dari 5 hingga 7 m
RB = kN
5.Kekuda: kaedah sambunganSederhana
ABCDEFGH25 kN15 kN30 kN4 × 4 m3 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 ↓C: 15 kN ↓G: 30 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 FC
  13. 13anggota HC
6.Kekuda: kaedah sambunganSukar
ABBCACACB40 kN20 kN5 m3 m4 m

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

rentang = 5 mtinggi = 4 mB ialah 3 m dari Abeban tegak = 40 kNbeban mengufuk = 20 kN ←
FBC = kN
7.Rangka & mesinSederhana
10 kN0.75 m0.75 m0.75 mABCD

Rasuk mengufuk AB dipin pada dinding di A dan ditopang oleh topang CD, dipin pada dinding di C, 0.75 m di bawah A. Beban 10 kN tergantung pada B. Abaikan berat. Cari magnitud daya pin A pada rasuk di A.

P = 10 kNAD = 0.75 mAB = 1.5 mAC = 0.75 m
A = kN
8.Rangka & mesinSukar
8 kN6 kN8 m3 m2.4 mABCK

Rangka yang ditunjukkan mempunyai pin di A, B dan C; A dan C dipasang pada tanah berjarak 8 m, dan B setinggi 3 m dan 2.4 m di sebelah kanan A. Anggota AB membawa beban menegak 8 kN pada K, 1.44 m (secara mengufuk) dari A, dan beban mengufuk 6 kN ke kanan bertindak pada B pada anggota AB. Cari saiz tindak balas mengufuk Ax di A.

P = 8 kNQ = 6 kNL = 8 mH = 3 mjarak mengufuk A ke B = 2.4 mjarak mengufuk A ke K = 1.44 m
Ax = kN
9.Daya ricih & momen lenturSederhana
w = 4 kN/mABkeratan1.5 m2.5 m

Cari momen lentur Mx pada keratan x = 1.5 m dari penyokong A. Gunakan momen lenturan positif jika melendut ke bawah (sagging) dan ricih ke atas pada muka kiri positif.

L = 4 mw = 4 kN/m dari 0 hingga 4 mx = 1.5 m
Mx = kN·m
10.Daya ricih & momen lenturSukar
w = 8 kN/mP = 25 kNAB3 m5 m

Rasuk disokong mudah itu membawa beban teragih seragam w sepanjang keseluruhan rentangnya dan beban titik P. Cari momen lentur maksimum Mmax dalam rasuk.

L = 8 mP = 25 kN pada 3 mw = 8 kN/m dari 0 hingga 8 m
Mmax = kN·m
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
220500208xdimensi dalam mm

Keratan I simetri mempunyai bebibir selebar 220 mm dan setebal 20 mm, kedalaman keseluruhan 500 mm dan web setebal 8 mm. Cari modulus keratan kenyalnya Sx bagi lenturan pada paksi sentroid mengufuk x.

B = 220 mmH = 500 mmtf = 20 mmtw = 8 mm
Sx = × 10³ mm³
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
12025014260248xdimensi dalam mm

Keratan I kimpalan mempunyai bebibir atas 120 × 14 mm, web setinggi 260 mm dan setebal 8 mm, dan bebibir bawah 250 × 24 mm (lebar × ketebalan). Cari momen luas keduanya Ix pada paksi mengufuk x melalui sentroidnya.

bebibir atas: 120 × 14 mmweb: 8 × 260 mmbebibir bawah: 250 × 24 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴

3Larutan

1.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: W = −80 J

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.

Sesaran

d = B − A = (3, 1, 0) − (5, −3, 3) = (−2, 4, −3) m

Kerja

W = F·d = (−25)·(−2) + (−25)·4 + 10·(−3) = −80 J

Jawapan

W = −80 J

Kerja negatif: daya bertindak kebanyakannya melawan gerakan.

2.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: V = 123

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 b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = 0·(−4) − (−3)·(−5) = −15
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−3)·0 − (−3)·(−4) = −12
(b × c)z = bxcy − bycx = (−3)·(−5) − 0·0 = 15

Hasil darab titik dengan a

a·(b × c) = (−3)·(−15) + (−4)·(−12) + 2·15 = 123
V = |123| = 123

Jawapan

V = 123
3.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: RB = 13.75 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.

P1​ = 25 kNP2​ = 10 kNABRA​RB​1 m2 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.

ΣMA = 0: RB·4 = 25·1 + 10·3
RB = 55/4 = 13.75 kN
ΣFy = 0: RA = 35 − 13.75 = 21.25 kN

Jawapan

RB = 13.75 kN
4.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: RB = 45.6 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 = 8 kN/mP = 60 kNABRA​RB​5 m1 m1 m3 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 = 8·2 = 16 kN, bertindak pada x̄ = 6 m
ΣMA = 0: RB·10 = 60·6 + 8·2·6
RB = 456/10 = 45.6 kN
ΣFy = 0: RA = 76 − 45.6 = 30.4 kN

Jawapan

RB = 45.6 kN
5.Kekuda: kaedah sambungan

Jawapan: anggota DH

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 D

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

ΣF⊥ = 0 → FDH = 0

Semak dengan kaedah sendi

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

AB: 55 kN (T), BC: 55 kN (T), CD: 38.33 kN (T), DE: 38.33 kN (T), FG: 76.67 kN (C), GH: 76.67 kN (C), AF: 68.75 kN (C), HE: 47.92 kN (C), BF: 25 kN (T), CG: 30 kN (C), DH: 0, FC: 27.08 kN (T), HC: 47.92 kN (T)

Jawapan

Anggota daya sifar: DH
6.Kekuda: kaedah sambungan

Jawapan: FBC = −8.944 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.

ABBCACACB40 kN20 kNAy​Cy​Ax​

Tindak balas penyokong

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

ΣMA = 0: Cy·5 = 40·3 − 20·4 → Cy = 8 kN
ΣFy = 0: Ay = 40 − 8 = 32 kN
ΣFx = 0: Ax = 20 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 = 4/4.472 = 0.8944, cos γ = 2/4.472 = 0.4472
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −8/0.8944 = −8.944 kN

Jawapan

FBC = −8.944 kN (mampatan)
7.Rangka & mesin

Jawapan: A = 22.36 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.

Daya topang

FCD = 10·1.5/(0.7071·0.75) = 28.28 kN

Komponen di A

Ax = FCD·cos α = 20 kN (ke arah dinding)
Ay = 10 − FCD·sin α = −10 kN

Magnitud

A = √(20² + −10²) = 22.36 kN

Jawapan

A = 22.36 kN

Ay negatif bermaksud dinding menarik rasuk ke bawah di A.

8.Rangka & mesin

Jawapan: Ax = 0.888 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.

Arah BC

BC = 6.353 m, cos = 0.8815, sin = 0.4722

Seluruh rangka: momen pada A

FBC·0.4722·8 = 8·1.44 + 6·3
FBC = 7.814 kN

Imbangan mengufuk

Ax + 6 − 7.814·0.8815 = 0
Ax = 0.888 kN → |Ax| = 0.888 kN

Jawapan

Ax = 0.888 kN

Ax menuju ke kanan.

9.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: Mx = 7.5 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.

Tindak balas penyokong

Keseimbangan seluruh rasuk.

Paduan UDL: W = w·ℓ = 4·4 = 16 kN, bertindak pada x̄ = 2 m
ΣMA = 0: RB·4 = 4·4·2
RB = 32/4 = 8 kN
ΣFy = 0: RA = 16 − 8 = 8 kN
w = 4 kN/mABRA​ = 8RB​ = 8keratan1.5 m2.5 m

Potong pada x = 1.5 m dan simpan bahagian kiri

Hanya daya di kiri potongan yang muncul. Bahagian UDL bertindak sebagai satu daya di tengah bahagian itu.

M = RA·x − (setiap beban di kiri keratan × jaraknya ke keratan)
Mx = 8·1.5 − 4·1.5·0.75 = 7.5 kN·m

Jawapan

Mx = 7.5 kN·m
10.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: Mmax = 106.9 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 = 8·8 = 64 kN, bertindak pada x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 25·3 + 8·8·4
RB = 331/8 = 41.38 kN
ΣFy = 0: RA = 89 − 41.38 = 47.63 kN

Di manakah V = 0?

V(3⁻) = RA − w·3 = 23.63 kN
V(3⁺) = 23.63 − 25 = −1.375 kN
Daya ricih bertukar tanda pada beban, maka maksimum berada di bawah beban.

Momen maksimum

Mmax = RA·3 − w·3²/2 = 47.63·3 − 8·3²/2 = 106.9 kN·m

Jawapan

Mmax = 106.9 kN·m

Ia berlaku pada x = 3 m dari A.

11.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: Sx = 2288 × 10³ mm³

Momen luas kedua: bagi segi empat tepat pada paksi sentroidnya sendiri I = bh³/12, dan pada tapaknya bh³/3 (teorem paksi selari I = Ic + A·d²). Lubang dikendalikan dengan menolak I-nya, selagi kedua-dua bahagian berkongsi paksi yang sama. Modulus keratan kenyal ialah S = I/c, dengan c ialah jarak ke gentian paling luar.

Segi empat tepat luar tolak dua potongan sisi

Kedua-dua potongan bersama selebar (B − tw) dan setinggi hw = H − 2tf, dan berkongsi paksi x.

hw = 500 − 2·20 = 460 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (220·500³ − 212·460³)/12
Ix = 5.721 × 10⁸ mm⁴

Modulus keratan

c = H/2 = 250 mm
Sx = I/c = 5.721 × 10⁸/250
Sx = 2.288 × 10⁶ mm³ = 2288 × 10³ mm³

Jawapan

Sx = 2288 × 10³ mm³
12.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: Ix = 124.9 × 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 tiga segi empat tepat

Ukur setiap y dari tepi bawah.

bebibir atas: A = 1680 mm², y = 291 mm
web: A = 2080 mm², y = 154 mm
bebibir bawah: A = 6000 mm², y = 12 mm

Sentroid

ȳ = (1680·291 + 2080·154 + 6000·12)/9760 = 90.29 mm

Teorem paksi selari

bebibir atas: 120·14³/12 + 1680·200.7² = 6.771 × 10⁷ mm⁴
web: 8·260³/12 + 2080·63.71² = 2.016 × 10⁷ mm⁴
bebibir bawah: 250·24³/12 + 6000·78.29² = 3.706 × 10⁷ mm⁴
Ix = 6.771 × 10⁷ + 2.016 × 10⁷ + 3.706 × 10⁷
Ix = 1.249 × 10⁸ mm⁴ = 124.9 × 10⁶ mm⁴

Jawapan

Ix = 124.9 × 10⁶ mm⁴

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics