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, 4, −1) dan b = (−3, 7, −1).

a = (−5, 4, −1)b = (−3, 7, −1)
a·b =
2.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
xyzab

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

a = (5, 1, 1)b = (1, −1, −6)
A =
3.Tindak balas penyokong rasukSederhana
P1​ = 35 kNP2​ = 10 kNABRA​ = ?RB​2 m3 m1 m

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

L = 6 mP1 = 35 kN pada 2 mP2 = 10 kN pada 5 m
RA = kN
4.Tindak balas penyokong rasukSukar
w = 5 kN/mP = 55 kNADCMA​ = ?3 m1 m6 m

Rasuk majmuk terikat pada dinding di A, mempunyai engsel dalaman di C (3 m dari A) dan bertumpu pada penggelek di D (10 m dari A). Ia membawa beban titik P pada 4 m dari A, beban teragih seragam w pada seluruh bahagian CD. Cari magnitud momen tindak balas MA pada dinding.

AC = 3 mAD = 10 mP = 55 kN pada 4 mw = 5 kN/m dari 3 hingga 10 m
MA = kN·m
5.Kekuda: kaedah sambunganSederhana
ABCDEFGH25 kN15 kN25 kN40 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 ↓C: 15 kN ↓F: 25 kN ↓G: 40 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
ABCDEFGH40 kN30 kN10 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.

F: 40 kN ↓F: 30 kN →H: 10 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
12 kN5 m2 m3 mABCK

Rangka yang ditunjukkan mempunyai pin di A, B dan C; A dan C dipasang pada tanah berjarak 5 m, dan B setinggi 2 m dari tanah dan 3 m di sebelah kanan A. Beban menegak 12 kN bertindak pada anggota AB di K, 1.5 m (secara mengufuk) dari A. Cari daya FBC dalam anggota BC.

P = 12 kNL = 5 mH = 2 mjarak mengufuk A ke B = 3 mjarak mengufuk A ke K = 1.5 m
FBC = kN
8.Rangka & mesinSukar
5 kN3 m1.5 m1.5 mABCDE

Rangka-A yang ditunjukkan berdiri pada pin di A dan penggelek di B, berjarak 3 m. Kaki bertemu pada pin C, setinggi 3 m, dan diikat oleh bar mengufuk DE pada 1.5 m. Daya mengufuk 5 kN ke kanan bertindak pada C. Cari tegangan T dalam tali ikat.

P = 5 kNAB = 3 mketinggian C = 3 mketinggian DE = 1.5 m
T = kN
9.Daya ricih & momen lenturSederhana
M0​ = 25 kN·mAB1 m3 m

Rasuk disokong mudah itu membawa sepasang daya ikut arah jam M0 = 25 kN·m pada x = 1 m dari A, dan tiada beban lain. Cari momen lentur Mx sejurus di sebelah kiri pasangan daya itu. Gunakan momen sagging sebagai positif dan daya ricih ke atas pada muka kiri sebagai positif.

L = 4 mM0 = 25 kN·m ikut arah jam, pada 1 m
Mx = kN·m
10.Daya ricih & momen lenturSukar
4 kN/m20 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.

20 kN @ 6 m4 kN/m, 0–5 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)
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
28090t = 8xdimensi dalam mm

Keratan alur diletakkan dengan sisi terbukanya ke atas: plat tapak selebar 280 mm dengan dua kaki tegak, setinggi 90 mm secara keseluruhan. Tapak dan kaki semuanya setebal 8 mm. Cari momen luas keduanya Ix pada paksi mengufuk x melalui sentroidnya.

b = 280 mmh = 90 mmt = 8 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
1402030010xM = 5 kN·mdimensi dalam mm

Keratan-T digunakan sebagai rasuk dengan bebibir di atas dan membawa momen lentur melendut ke bawah sebanyak 5 kN·m. Cari tegasan lenturan σbawah pada tepi bawah.

bf = 140 mmtf = 20 mmtw = 10 mmhw = 300 mmM = 5 kN·m
σbawah = MPa

3Larutan

1.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: a·b = 44

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)·(−3) + 4·7 + (−1)·(−1) = 15 + 28 + 1 = 44

Jawapan

a·b = 44

Positif: sudut antara vektor kurang daripada 90°.

2.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: A = 31.97

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 = 1·(−6) − 1·(−1) = −5
(a × b)y = azbx − axbz = 1·1 − 5·(−6) = 31
(a × b)z = axby − aybx = 5·(−1) − 1·1 = −6

Luas

A = |a × b| = √((−5)² + 31² + (−6)²) = 31.97

Jawapan

A = 31.97
3.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: RA = 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​ = 35 kNP2​ = 10 kNABRA​RB​2 m3 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·6 = 35·2 + 10·5
RB = 120/6 = 20 kN
ΣFy = 0: RA = 45 − 20 = 25 kN

Jawapan

RA = 25 kN
4.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: MA = 193.9 kN·m

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. Engsel dalaman tidak boleh menanggung momen lentur, yang memberikan satu persamaan tambahan: momen pada engsel bagi daya di kedua-dua sisi ialah sifar.

Bahagian CD

Engsel tiada momen, maka momen pada C bagi CD sahaja mesti seimbang.

W = 5·7 = 35 kN pada 3.5 m dari C
ΣMC = 0: RD·7 = 55·1 + 35·3.5
RD = 25.36 kN
VC = 90 − 25.36 = 64.64 kN

Bahagian AC

Daya engsel VC bertindak ke bawah pada AC (sama besar dan berlawanan dengan tindakannya pada CD).

RA = 64.64 = 64.64 kN
MA = 64.64·3 = 193.9 kN·m

Jawapan

MA = 193.9 kN·m
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: 65 kN (T), BC: 65 kN (T), CD: 40 kN (T), DE: 40 kN (T), FG: 80 kN (C), GH: 80 kN (C), AF: 91.92 kN (C), HE: 56.57 kN (C), BF: 25 kN (T), CG: 40 kN (C), DH: 0, FC: 21.21 kN (T), HC: 56.57 kN (T)

Jawapan

Anggota daya sifar: DH
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: 55 kN (T), BC: 40 kN (T), CD: 40 kN (T), DE: 25 kN (T), FG: 55 kN (C), GH: 25 kN (C), AF: 35.36 kN (C), HE: 35.36 kN (C), BF: 15 kN (C), CG: 0, DH: 15 kN (T), BG: 21.21 kN (T), DG: 21.21 kN (C)

Jawapan

Anggota daya sifar: CG
7.Rangka & mesin

Jawapan: FBC = 5.091 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 = √(2² + 2²) = 2.828 m

Seluruh rangka: momen pada A

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

FBC·(2/2.828)·5 = 12·1.5
FBC = 5.091 kN (mampatan)

Jawapan

FBC = 5.091 kN
8.Rangka & mesin

Jawapan: T = 5 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·3 = 5·3
By = 5 kN

Kaki BC: momen pada C

5·1.5 = T·1.5
T = 5 kN

Jawapan

T = 5 kN

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

9.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: Mx = −6.25 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. Pasangan daya yang dikenakan menyebabkan gambar rajah momen lentur melompat sebanyak magnitud pasangan daya itu.

Tindak balas penyokong

Momen pada A, lawan arah jam positif: RB·L − M0 = 0. Keseimbangan menegak: RA + RB = 0.

RB = M0/L = 25/4 = 6.25 kN (ke atas)
RA = −RB = −6.25 kN (ke bawah)

Keratan sejurus di sebelah kiri pasangan daya

Bahagian kiri hanya mengandungi RA.

Mx = RA·a = −6.25·1 = −6.25 kN·m

Jawapan

Mx = −6.25 kN·m
10.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: F (x = 5 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 = 6 kN, R2 = 34 kN

Momen lentur pada setiap tanda

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

MA = 0, MB = 4, MC = 4, MD = 0, ME = −8, MF = −20 kN·m, MG = 0

Jawapan

Tanda F: MF = −20 kN·m
11.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: Ix = 2.423 × 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 = 280·8 = 2240 mm², y1 = 4 mm
dua kaki: A2 = 2·8·82 = 1312 mm², y2 = 8 + 82/2 = 49 mm

Sentroid

ȳ = (2240·4 + 1312·49)/3552 = 20.62 mm

Teorem paksi selari

bes: 280·8³/12 + 2240·(4 − 20.62)² = 630810 mm⁴
dua kaki: 2·8·82³/12 + 1312·(49 − 20.62)² = 1.792 × 10⁶ mm⁴
Ix = 630810 + 1.792 × 10⁶
Ix = 2.423 × 10⁶ mm⁴ = 2.423 × 10⁶ mm⁴

Jawapan

Ix = 2.423 × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: σbawah = 19.04 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 = 140·20 = 2800 mm², yf = 300 + 20/2 = 310 mm
web: Aw = 10·300 = 3000 mm², yw = 300/2 = 150 mm

Sentroid

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2800·310 + 3000·150)/5800 = 227.2 mm

Teorem paksi selari

bebibir: 140·20³/12 + 2800·(310 − 227.2)² = 1.927 × 10⁷ mm⁴
web: 10·300³/12 + 3000·(150 − 227.2)² = 4.04 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1.927 × 10⁷ + 4.04 × 10⁷ = 5.967 × 10⁷ mm⁴

Tegasan lenturan

Tepi bawah berjarak ȳ dari paksi.

y = 227.2 mm
σ = M·y/I = 5 × 10⁶·227.2/5.967 × 10⁷ = 19.04 MPa

Jawapan

σbawah = 19.04 MPa

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics