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 sudut θ antara vektor a = (−4, −6, 5) dan b = (−6, −2, −1), dalam darjah.

a = (−4, −6, 5)b = (−6, −2, −1)
θ = °
2.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
xyzABC

Cari luas A segi tiga dengan bucu A(−3, −3, 4), B(−3, 1, −1) dan C(4, 0, −1). Koordinat dalam meter.

A(−3, −3, 4)B(−3, 1, −1)C(4, 0, −1)
A = m²
3.Tindak balas penyokong rasukSederhana
P1​ = 60 kNP2​ = 35 kNABRA​ = ?RB​1 m0.5 m4.5 m

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

L = 6 mP1 = 60 kN pada 1 mP2 = 35 kN pada 1.5 m
RA = kN
4.Tindak balas penyokong rasukSukar
w = 10 kN/mP = 15 kNABRA​ = ?RB​1 m0.5 m2.5 m

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

L = 4 mP = 15 kN pada 1.5 mw = 10 kN/m dari 1 hingga 4 m
RA = kN
5.Kekuda: kaedah sambunganSederhana
ABBCACACB15 kN5 m2 m4 m

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

rentang = 5 mtinggi = 4 mB ialah 2 m dari Abeban tegak = 15 kN
FAB = kN
6.Kekuda: kaedah sambunganSukar
ABBCACACB20 kN5 kN4 m1 m2 m

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

rentang = 4 mtinggi = 2 mB ialah 1 m dari Abeban tegak = 20 kNbeban mengufuk = 5 kN →
FAB = kN
7.Rangka & mesinSederhana
OAB200 NQ120 mm100 mmFO​ = ?

Engkol loceng yang ditunjukkan berputar pada pin O. Daya menegak 200 N pada A (120 mm dari O) diimbangi oleh daya mengufuk pada B (100 mm di atas O). Cari magnitud tindak balas pin FO.

F = 200 NOA = 120 mmOB = 100 mm
FO = N
8.Rangka & mesinSukar
12 kN8 kN6 m3 m2.7 mABCK

Rangka yang ditunjukkan mempunyai pin di A, B dan C; A dan C dipasang pada tanah berjarak 6 m, dan B setinggi 3 m dan 2.7 m di sebelah kanan A. Anggota AB membawa beban menegak 12 kN pada K, 1.35 m (secara mengufuk) dari A, dan beban mengufuk 8 kN ke kanan bertindak pada B pada anggota AB. Cari saiz tindak balas mengufuk Ax di A.

P = 12 kNQ = 8 kNL = 6 mH = 3 mjarak mengufuk A ke B = 2.7 mjarak mengufuk A ke K = 1.35 m
Ax = kN
9.Daya ricih & momen lenturSederhana
w = 12 kN/mP = 75 kNABkeratan1.5 m2.5 m

Julur itu terikat tetap pada A. Ia membawa beban teragih seragam w sepanjang keseluruhan panjangnya dan beban titik P pada 4 m dari A. Cari momen lentur Mx pada keratan x = 1.5 m dari penyokong tetap A. Gunakan momen sagging sebagai positif dan daya ricih ke atas pada muka kiri sebagai positif.

L = 4 mP = 75 kN pada 4 mw = 12 kN/m dari 0 hingga 4 mx = 1.5 m
Mx = kN·m
10.Daya ricih & momen lenturSukar
w = 6 kN/mP = 35 kNAB3 m2 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 = 5 mP = 35 kN pada 3 mw = 6 kN/m dari 0 hingga 5 m
Mmax = kN·m
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
110480126xdimensi dalam mm

Keratan I simetri mempunyai bebibir selebar 110 mm dan setebal 12 mm, kedalaman keseluruhan 480 mm dan web setebal 6 mm. Cari momen luas keduanya Ix pada paksi sentroid mengufuk x.

B = 110 mmH = 480 mmtf = 12 mmtw = 6 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
1202026018xM hoggingdimensi dalam mm

Rasuk besi tuang mempunyai keratan T seperti yang ditunjukkan, dengan bebibir di atas. Tegasan yang dibenarkan ialah 40 MPa dalam tegangan dan 100 MPa dalam mampatan. Cari momen lentur hogging terbesar Mallow yang boleh ditanggung oleh rasuk (berikan magnitudnya).

bf = 120 mmtf = 20 mmtw = 18 mmhw = 260 mmσt,allow = 40 MPaσc,allow = 100 MPa
Mallow = kN·m

3Larutan

1.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: θ = 56.51 °

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.

Hasil darab titik

a·b = (−4)·(−6) + (−6)·(−2) + 5·(−1) = 31

Magnitud

|a| = √((−4)² + (−6)² + 5²) = 8.775
|b| = √((−6)² + (−2)² + (−1)²) = 6.403

Sudut

cos θ = 31/(8.775·6.403) = 0.5517
θ = arccos(0.5517) = 56.51°

Jawapan

θ = 56.51°
2.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: A = 22.55 m²

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.

Vektor sisi

AB = B − A = (0, 4, −5)
AC = C − A = (7, 3, −5)

Hasil darab silang

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 4·(−5) − (−5)·3 = −5
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = (−5)·7 − 0·(−5) = −35
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 0·3 − 4·7 = −28
|AB × AC| = √((−5)² + (−35)² + (−28)²) = 45.1

Luas segi tiga

A = ½·45.1 = 22.55 m²

Jawapan

A = 22.55 m²
3.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: RA = 76.25 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​ = 60 kNP2​ = 35 kNABRA​RB​1 m0.5 m4.5 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·6 = 60·1 + 35·1.5
RB = 112.5/6 = 18.75 kN
ΣFy = 0: RA = 95 − 18.75 = 76.25 kN

Jawapan

RA = 76.25 kN
4.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: RA = 20.63 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 = 10 kN/mP = 15 kNABRA​RB​1 m0.5 m2.5 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 = 10·3 = 30 kN, bertindak pada x̄ = 2.5 m
ΣMA = 0: RB·4 = 15·1.5 + 10·3·2.5
RB = 97.5/4 = 24.38 kN
ΣFy = 0: RA = 45 − 24.38 = 20.63 kN

Jawapan

RA = 20.63 kN
5.Kekuda: kaedah sambungan

Jawapan: FAB = −10.06 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.

ABBCACACB15 kNAy​Cy​

Tindak balas penyokong

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

ΣMA = 0: Cy·5 = 15·2 → Cy = 6 kN
ΣFy = 0: Ay = 15 − 6 = 9 kN

Sambungan A

Andaikan setiap anggota berada dalam tegangan (menarik menjauhi sambungan). Hanya AB mempunyai komponen tegak pada A.

sin α = 4/4.472 = 0.8944
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −9/0.8944 = −10.06 kN

Jawapan

FAB = −10.06 kN (mampatan)
6.Kekuda: kaedah sambungan

Jawapan: FAB = −13.98 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.

ABBCACACB20 kN5 kNAy​Cy​Ax​

Tindak balas penyokong

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

ΣMA = 0: Cy·4 = 20·1 + 5·2 → Cy = 7.5 kN
ΣFy = 0: Ay = 20 − 7.5 = 12.5 kN
ΣFx = 0: Ax = −5 kN

Sambungan A

Andaikan setiap anggota berada dalam tegangan (menarik menjauhi sambungan). Hanya AB mempunyai komponen tegak pada A.

sin α = 2/2.236 = 0.8944
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −12.5/0.8944 = −13.98 kN

Jawapan

FAB = −13.98 kN (mampatan)
7.Rangka & mesin

Jawapan: FO = 312.4 N

Mesin: playar, tuil, penghubung dan pengapit menukarkan daya input kepada daya output yang lebih besar atau berarah berbeza. Lukis satu bahagian sebagai jasad bebas dan ambil momen pada pivotnya: daya pin hilang, dan Fin·a = Fout·b memberikan kelebihan mekanikal a/b. Daya pin kemudian diperoleh daripada ΣF = 0 pada bahagian yang sama. Dalam togol, dua penghubung bertemu pada sudut cetek θ; setiap penghubung ialah anggota dua daya, jadi daya kecil F pada sambungan menghasilkan daya penghubung yang besar F/(2 sin θ) dan daya pengapitan F/(2 tan θ).

Daya pada B

Q = 200·120/100 = 240 N

Tindak balas pin

Ox = 240 N, Oy = 200 N
FO = √(240² + 200²) = 312.4 N

Jawapan

FO = 312.4 N
8.Rangka & mesin

Jawapan: Ax = 0.63 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 = 4.46 m, cos = 0.7399, sin = 0.6727

Seluruh rangka: momen pada A

FBC·0.6727·6 = 12·1.35 + 8·3
FBC = 9.96 kN

Imbangan mengufuk

Ax + 8 − 9.96·0.7399 = 0
Ax = −0.63 kN → |Ax| = 0.63 kN

Jawapan

Ax = 0.63 kN

Tanda tolak bermaksud Ax menuju ke kiri.

9.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: Mx = −225 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: −75·2.5 = −187.5 kN·m
w: −12·2.5²/2 = −37.5 kN·m
Mx = −187.5 − 37.5 = −225 kN·m

Jawapan

Mx = −225 kN·m

Negatif bermaksud hogging: tegangan pada muka atas.

10.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: Mmax = 60 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 = 6·5 = 30 kN, bertindak pada x̄ = 2.5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 35·3 + 6·5·2.5
RB = 180/5 = 36 kN
ΣFy = 0: RA = 65 − 36 = 29 kN

Di manakah V = 0?

V(3⁻) = RA − w·3 = 11 kN
V(3⁺) = 11 − 35 = −24 kN
Daya ricih bertukar tanda pada beban, maka maksimum berada di bawah beban.

Momen maksimum

Mmax = RA·3 − w·3²/2 = 29·3 − 6·3²/2 = 60 kN·m

Jawapan

Mmax = 60 kN·m

Ia berlaku pada x = 3 m dari A.

11.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: Ix = 192 × 10⁶ mm⁴

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 = 480 − 2·12 = 456 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (110·480³ − 104·456³)/12
Ix = 1.92 × 10⁸ mm⁴ = 192 × 10⁶ mm⁴

Jawapan

Ix = 192 × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: Mallow = 22.44 kN·m

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.

Sentroid

ȳ = (2400·270 + 4680·130)/7080 = 177.5 mm
tepi atas: c = 280 − 177.5 = 102.5 mm

Momen luas kedua

I = 120·20³/12 + 2400·92.54² + 18·260³/12 + 4680·47.46² = 5.754 × 10⁷ mm⁴

Momen yang dibenarkan oleh setiap tepi

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

tepi atas: M = 40·5.754 × 10⁷/102.5 = 22.44 kN·m
tepi bawah: M = 100·5.754 × 10⁷/177.5 = 32.42 kN·m

Nilai penentu

Mallow = min = 22.44 kN·m (tepi atas)

Jawapan

Mallow = 22.44 kN·m

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics