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 unjuran skalar compb a bagi a = (−2, 4, 4) pada b = (4, 2, −1), iaitu komponen a dalam arah b.

a = (−2, 4, 4)b = (4, 2, −1)
compb a =
2.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
xyzab

Vektor unit n̂ berserenjang dengan kedua-dua a = (1, −4, 4) dan b = (−5, −4, −1) dan mempunyai komponen-z positif. Cari komponen-ynya n̂y.

a = (1, −4, 4)b = (−5, −4, −1)n̂z > 0
n̂y =
3.Tindak balas penyokong rasukSederhana
w = 6 kN/mP = 50 kNABMA​ = ?2.5 m1.5 m

Rasuk julur terikat pada dinding di A. Ia membawa beban teragih seragam w dari dinding hingga 2.5 m dan beban titik P pada 4 m dari dinding. Cari magnitud momen tindak balas MA pada dinding.

L = 4 mP = 50 kN pada 4 mw = 6 kN/m dari 0 hingga 2.5 m
MA = kN·m
4.Tindak balas penyokong rasukSukar
w0​ = 8 kN/mP = 65 kNABMA​ = ?7 m3 m

Rasuk julur terikat pada dinding di A. Ia membawa beban yang berubah secara linear iaitu sifar pada dinding dan naik kepada 8 kN/m di hujung bebas B, ditambah beban titik P pada 7 m dari dinding. Cari magnitud momen tindak balas MA pada dinding.

L = 10 mw0 = 8 kN/mP = 65 kN pada 7 m
MA = kN·m
5.Kekuda: kaedah sambunganSederhana
ABCDEFGH40 kN35 kN20 kN35 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: 40 kN ↓D: 35 kN ↓G: 20 kN ↓H: 35 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
6.Kekuda: kaedah sambunganSukar
ABCDEFGH10 kN15 kN35 kN40 kN25 kN35 kN4 × 3 m3 m

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

B: 10 kN ↓D: 15 kN ↓F: 35 kN ↓F: 40 kN →G: 25 kN ↓H: 35 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
6 kN6 m1 m3 m1.8 mABCDEK

Rangka-A yang ditunjukkan berdiri pada pin di A dan penggelek di B, berjarak 6 m, dengan pin puncaknya C setinggi 4 m dan tali ikat mengufuk DE 1 m di atas tanah. Beban menegak 6 kN bertindak pada kaki AC di K, 1.8 m (secara mengufuk) dari A. Cari tegangan T dalam tali ikat.

P = 6 kNAB = 6 mketinggian C = 4 mketinggian DE = 1 mjarak mengufuk A ke K = 1.8 m
T = kN
8.Rangka & mesinSukar
w = 1 kN/m10 kN0.75 m1.25 m1.2 mABCD

Rasuk AB pendakap dinding yang ditunjukkan dipin di A dan ditopang oleh topang CD (C berada 1.2 m di bawah A). Rasuk membawa beban seragam 1 kN/m sepanjang keseluruhan panjangnya dan beban titik 10 kN pada hujung bebasnya B. Cari daya FCD dalam topang.

w = 1 kN/mP = 10 kNAD = 0.75 mAB = 2 mAC = 1.2 m
FCD = kN
9.Daya ricih & momen lenturSederhana
4 kN/m40 kNABCDEFG1 m1 m1 m1 m1 m1 m

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.

40 kN @ 2 m4 kN/m, 0–6 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 1 m)
  3. 3C (x = 2 m)
  4. 4D (x = 3 m)
  5. 5E (x = 4 m)
  6. 6F (x = 5 m)
  7. 7G (x = 6 m)
10.Daya ricih & momen lenturSukar
w = 5 kN/mP = 60 kNABkeratan6 m2 m

Cari momen lentur Mx pada keratan x = 6 m dari penyokong A. Gunakan momen lenturan positif jika melendut ke bawah (sagging) dan ricih ke atas pada muka kiri positif.

L = 8 mP = 60 kN pada 6 mw = 5 kN/m dari 0 hingga 8 mx = 6 m
Mx = kN·m
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
3001522012xdimensi dalam mm

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

bf = 300 mmtf = 15 mmtw = 12 mmhw = 220 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
2003016016xM = 25 kN·mdimensi dalam mm

Keratan-T digunakan sebagai rasuk dengan bebibir di atas dan membawa momen lentur melendut ke bawah sebanyak 25 kN·m. Cari tegasan lenturan σbawah pada tepi bawah.

bf = 200 mmtf = 30 mmtw = 16 mmhw = 160 mmM = 25 kN·m
σbawah = MPa

3Larutan

1.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: compb a = −0.8729

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 = (−2)·4 + 4·2 + 4·(−1) = −4

Panjang b

|b| = √(4² + 2² + (−1)²) = 4.583

Unjuran skalar

compb a = a·b/|b| = −4/4.583 = −0.8729

Jawapan

compb a = −0.8729

Negatif: a mempunyai komponen yang menghala melawan b.

2.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: n̂y = 0.5196

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

(a × b)x = aybz − azby = (−4)·(−1) − 4·(−4) = 20
(a × b)y = azbx − axbz = 4·(−5) − 1·(−1) = −19
(a × b)z = axby − aybx = 1·(−4) − (−4)·(−5) = −24

Normalkan

Komponen-z bagi a × b negatif, maka gunakan −(a × b).

|a × b| = √(20² + (−19)² + (−24)²) = 36.57
n̂ = −(20, −19, −24)/36.57 = (−0.547, 0.5196, 0.6564)
n̂y = 0.5196

Jawapan

n̂y = 0.5196
3.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: MA = 218.8 kN·m

Keseimbangan julur: penyokong tetap boleh menolak ke atas dan juga menentang putaran, maka ia memberikan tindak balas menegak RA dan momen tindak balas MA. ΣFy = 0 memberikan RA, dan momen pada dinding memberikan MA = Σ(beban × jarak dari dinding). Beban teragih bertindak sebagai daya paduannya pada sentroid gambar rajah beban.

Daya paduan beban teragih

W = 6·2.5 = 15 kN, x̄ = 1.25 m

Momen pada dinding

MA = P·a + W·x̄ = 50·4 + 15·1.25 = 218.8 kN·m

Jawapan

MA = 218.8 kN·m
4.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: MA = 721.7 kN·m

Keseimbangan julur: penyokong tetap boleh menolak ke atas dan juga menentang putaran, maka ia memberikan tindak balas menegak RA dan momen tindak balas MA. ΣFy = 0 memberikan RA, dan momen pada dinding memberikan MA = Σ(beban × jarak dari dinding). Beban teragih bertindak sebagai daya paduannya pada sentroid gambar rajah beban.

Daya paduan beban segi tiga

W = ½·8·10 = 40 kN
x̄ = 2L/3 = 6.667 m

Momen pada dinding

MA = W·x̄ + P·a = 40·6.667 + 65·7 = 721.7 kN·m

Jawapan

MA = 721.7 kN·m
5.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: 57.5 kN (T), BC: 75 kN (T), CD: 75 kN (T), DE: 72.5 kN (T), FG: 57.5 kN (C), GH: 72.5 kN (C), AF: 81.32 kN (C), HE: 102.5 kN (C), BF: 57.5 kN (T), CG: 0, DH: 37.5 kN (T), BG: 24.75 kN (C), DG: 3.536 kN (C)

Jawapan

Anggota daya sifar: CG
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: 88.75 kN (T), BC: 92.5 kN (T), CD: 92.5 kN (T), DE: 71.25 kN (T), FG: 88.75 kN (C), GH: 71.25 kN (C), AF: 68.94 kN (C), HE: 100.8 kN (C), BF: 13.75 kN (T), CG: 0, DH: 36.25 kN (T), BG: 5.303 kN (C), DG: 30.05 kN (C)

Jawapan

Anggota daya sifar: CG
7.Rangka & mesin

Jawapan: T = 1.8 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.

Seluruh rangka: momen pada A

By = 6·1.8/6 = 1.8 kN

Kaki BC: momen pada C

1.8·3 = T·3
T = 1.8 kN

Jawapan

T = 1.8 kN
8.Rangka & mesin

Jawapan: FCD = 34.59 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 = 1·2 = 2 kN pada 1 m

Momen pada A untuk rasuk

FCD·0.848·0.75 = 2·1 + 10·2 = 22 kN·m
FCD = 34.59 kN

Jawapan

FCD = 34.59 kN
9.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: C (x = 2 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 = 38.67 kN, R2 = 25.33 kN

Momen lentur pada setiap tanda

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

MA = 0, MB = 36.67, MC = 69.33 kN·m, MD = 58, ME = 42.67, MF = 23.33, MG = 0

Jawapan

Tanda C: MC = 69.33 kN·m
10.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: Mx = 120 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 = 5·8 = 40 kN, bertindak pada x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 60·6 + 5·8·4
RB = 520/8 = 65 kN
ΣFy = 0: RA = 100 − 65 = 35 kN
w = 5 kN/mP = 60 kNABRA​ = 35RB​ = 65keratan6 m2 m

Potong pada x = 6 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 = 35·6 − 5·6·3 = 120 kN·m

Jawapan

Mx = 120 kN·m
11.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: Ix = 33.7 × 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 = 300·15 = 4500 mm², yf = 220 + 15/2 = 227.5 mm
web: Aw = 12·220 = 2640 mm², yw = 220/2 = 110 mm

Sentroid

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (4500·227.5 + 2640·110)/7140 = 184.1 mm

Teorem paksi selari

bebibir: 300·15³/12 + 4500·(227.5 − 184.1)² = 8.578 × 10⁶ mm⁴
web: 12·220³/12 + 2640·(110 − 184.1)² = 2.513 × 10⁷ mm⁴
Ix = 8.578 × 10⁶ + 2.513 × 10⁷ = 3.37 × 10⁷ mm⁴ = 33.7 × 10⁶ mm⁴

Jawapan

Ix = 33.7 × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: σbawah = 165.8 MPa

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 = 200·30 = 6000 mm², yf = 160 + 30/2 = 175 mm
web: Aw = 16·160 = 2560 mm², yw = 160/2 = 80 mm

Sentroid

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (6000·175 + 2560·80)/8560 = 146.6 mm

Teorem paksi selari

bebibir: 200·30³/12 + 6000·(175 − 146.6)² = 5.293 × 10⁶ mm⁴
web: 16·160³/12 + 2560·(80 − 146.6)² = 1.681 × 10⁷ mm⁴
Ix = 5.293 × 10⁶ + 1.681 × 10⁷ = 2.211 × 10⁷ mm⁴

Tegasan lenturan

Tepi bawah berjarak ȳ dari paksi.

y = 146.6 mm
σ = M·y/I = 2.5 × 10⁷·146.6/2.211 × 10⁷ = 165.8 MPa

Jawapan

σbawah = 165.8 MPa

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics