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 nilai k supaya vektor a = (−2, −6, 3) dan b = (2, 5, k) berserenjang.

a = (−2, −6, 3)b = (2, 5, k)
k =
2.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
xyzab

Bagi a = (−2, −6, −4) dan b = (6, 2, 4), cari komponen-x (a × b)x hasil darab silang a × b.

a = (−2, −6, −4)b = (6, 2, 4)
(a × b)x =
3.Tindak balas penyokong rasukSederhana
w0​ = 6 kN/mABRA​ = ?6 m

Rasuk disokong mudah (pin di A, penggelek di B) membawa beban yang berubah secara linear, naik daripada sifar di A kepada 6 kN/m di B. Cari tindak balas penyokong menegak RA.

L = 6 mw0 = 6 kN/m
RA = kN
4.Tindak balas penyokong rasukSukar
P = 10 kNADCMA​ = ?3.5 m1 m1.5 m

Rasuk majmuk terikat pada dinding di A, mempunyai engsel dalaman di C (3.5 m dari A) dan bertumpu pada penggelek di D (6 m dari A). Ia membawa beban titik P pada 4.5 m dari A. Cari magnitud momen tindak balas MA pada dinding.

AC = 3.5 mAD = 6 mP = 10 kN pada 4.5 m
MA = kN·m
5.Kekuda: kaedah sambunganSederhana
ABCDEFGH25 kN30 kN30 kN4 × 3 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 ↓G: 30 kN ↓H: 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 BG
  13. 13anggota DG
6.Kekuda: kaedah sambunganSukar
ABBCACACB45 kN5 kN8 m1 m2 m

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

rentang = 8 mtinggi = 2 mB ialah 1 m dari Abeban tegak = 45 kNbeban mengufuk = 5 kN ←
FAC = kN
7.Rangka & mesinSederhana
12 kN3 m4 m0.9 mABCK

Rangka yang ditunjukkan mempunyai pin di A, B dan C; A dan C dipasang pada tanah berjarak 3 m, dan B setinggi 4 m dari tanah dan 0.9 m di sebelah kanan A. Beban menegak 12 kN bertindak pada anggota AB di K, 0.225 m (secara mengufuk) dari A. Cari daya FBC dalam anggota BC.

P = 12 kNL = 3 mH = 4 mjarak mengufuk A ke B = 0.9 mjarak mengufuk A ke K = 0.225 m
FBC = kN
8.Rangka & mesinSukar
w = 3 kN/m5 kN0.6 m0.9 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 3 kN/m sepanjang keseluruhan panjangnya dan beban titik 5 kN pada hujung bebasnya B. Cari daya FCD dalam topang.

w = 3 kN/mP = 5 kNAD = 0.6 mAB = 1.5 mAC = 1.2 m
FCD = kN
9.Daya ricih & momen lenturSederhana
w = 8 kN/mABkeratan4 m2 m

Cari momen lentur Mx pada keratan x = 4 m dari penyokong A. Gunakan momen lenturan positif jika melendut ke bawah (sagging) dan ricih ke atas pada muka kiri positif.

L = 6 mw = 8 kN/m dari 0 hingga 6 mx = 4 m
Mx = kN·m
10.Daya ricih & momen lenturSukar
w = 20 kN/mAB2 m2 m

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

L = 4 mw = 20 kN/m dari 0 hingga 2 m
Mmax = kN·m
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
1102601214xdimensi dalam mm

Keratan I simetri mempunyai bebibir selebar 110 mm dan setebal 12 mm, kedalaman keseluruhan 260 mm dan web setebal 14 mm. Cari momen luas keduanya Ix pada paksi sentroid mengufuk x.

B = 110 mmH = 260 mmtf = 12 mmtw = 14 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
1001530010xM saggingdimensi dalam mm

Rasuk besi tuang mempunyai keratan T seperti yang ditunjukkan, dengan bebibir di atas. Tegasan yang dibenarkan ialah 40 MPa dalam tegangan dan 150 MPa dalam mampatan. Cari momen lentur sagging terbesar Mallow yang boleh ditanggung oleh rasuk.

bf = 100 mmtf = 15 mmtw = 10 mmhw = 300 mmσt,allow = 40 MPaσc,allow = 150 MPa
Mallow = kN·m

3Larutan

1.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: k = 11.33

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 sama dengan sifar

a·b = (−2)·2 + (−6)·5 + 3·k = 0
−34 + 3·k = 0

Selesaikan untuk k

k = −(−34)/3 = 11.33

Jawapan

k = 11.33
2.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: (a × b)x = −16

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, komponen demi komponen

(a × b)x = aybz − azby = (−6)·4 − (−4)·2 = −16
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·6 − (−2)·4 = −16
(a × b)z = axby − aybx = (−2)·2 − (−6)·6 = 32

Komponen yang diminta

(a × b)x = −16

Jawapan

(a × b)x = −16

Semak: a × b berserenjang dengan kedua-dua vektor, maka hasil darab titiknya dengan a dan dengan b ialah sifar.

3.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: RA = 6 kN

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.

Daya paduan beban segi tiga

W = ½·6·6 = 18 kN
x̄ = 2L/3 = 4 m

Keseimbangan

Momen pada A, lawan arah jam positif. Kemudian keseimbangan daya tegak.

ΣMA = 0: RB·6 = 18·4
RB = 12 kN
RA = 18 − 12 = 6 kN

Jawapan

RA = 6 kN
4.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: MA = 21 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.

ΣMC = 0: RD·2.5 = 10·1
RD = 4 kN
VC = 10 − 4 = 6 kN

Bahagian AC

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

RA = 6 = 6 kN
MA = 6·3.5 = 21 kN·m

Jawapan

MA = 21 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: 30.94 kN (T), BC: 43.12 kN (T), CD: 43.12 kN (T), DE: 32.81 kN (T), FG: 30.94 kN (C), GH: 32.81 kN (C), AF: 51.56 kN (C), HE: 54.69 kN (C), BF: 41.25 kN (T), CG: 0, DH: 13.75 kN (T), BG: 20.31 kN (C), DG: 17.19 kN (C)

Jawapan

Anggota daya sifar: CG
6.Kekuda: kaedah sambungan

Jawapan: FAC = 15.31 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.

ABBCACACB45 kN5 kNAy​Cy​Ax​

Tindak balas penyokong

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

ΣMA = 0: Cy·8 = 45·1 − 5·2 → Cy = 4.375 kN
ΣFy = 0: Ay = 45 − 4.375 = 40.63 kN
ΣFx = 0: Ax = 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 = 2/7.28 = 0.2747, cos γ = 7/7.28 = 0.9615
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −4.375/0.2747 = −15.93 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(−15.93)·0.9615 = 15.31 kN

Jawapan

FAC = 15.31 kN (tegangan)
7.Rangka & mesin

Jawapan: FBC = 1.016 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 = √(2.1² + 4²) = 4.518 m

Seluruh rangka: momen pada A

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

FBC·(4/4.518)·3 = 12·0.225
FBC = 1.016 kN (mampatan)

Jawapan

FBC = 1.016 kN
8.Rangka & mesin

Jawapan: FCD = 20.26 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 = 3·1.5 = 4.5 kN pada 0.75 m

Momen pada A untuk rasuk

FCD·0.8944·0.6 = 4.5·0.75 + 5·1.5 = 10.88 kN·m
FCD = 20.26 kN

Jawapan

FCD = 20.26 kN
9.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: Mx = 32 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 = 8·6 = 48 kN, bertindak pada x̄ = 3 m
ΣMA = 0: RB·6 = 8·6·3
RB = 144/6 = 24 kN
ΣFy = 0: RA = 48 − 24 = 24 kN
w = 8 kN/mABRA​ = 24RB​ = 24keratan4 m2 m

Potong pada x = 4 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 = 24·4 − 8·4·2 = 32 kN·m

Jawapan

Mx = 32 kN·m
10.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: Mmax = 22.5 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. 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 = 20·2 = 40 kN, bertindak pada x̄ = 1 m
ΣMA = 0: RB·4 = 20·2·1
RB = 40/4 = 10 kN
ΣFy = 0: RA = 40 − 10 = 30 kN

Daya ricih sifar

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

RA − w·(x0 − 0) = 0
x0 = 0 + 30/20 = 1.5 m

Momen maksimum

Mmax = RA·x0 − w·(x0 − 0)²/2 = 30·1.5 − 20·1.5²/2 = 22.5 kN·m

Jawapan

Mmax = 22.5 kN·m
11.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: Ix = 55.96 × 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 = 260 − 2·12 = 236 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (110·260³ − 96·236³)/12
Ix = 5.596 × 10⁷ mm⁴ = 55.96 × 10⁶ mm⁴

Jawapan

Ix = 55.96 × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas kedua

Jawapan: Mallow = 9.35 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 = (1500·307.5 + 3000·150)/4500 = 202.5 mm
tepi atas: c = 315 − 202.5 = 112.5 mm

Momen luas kedua

I = 100·15³/12 + 1500·105² + 10·300³/12 + 3000·52.5² = 4.733 × 10⁷ mm⁴

Momen yang dibenarkan oleh setiap tepi

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

tepi atas: M = 150·4.733 × 10⁷/112.5 = 63.11 kN·m
tepi bawah: M = 40·4.733 × 10⁷/202.5 = 9.35 kN·m

Nilai penentu

Mallow = min = 9.35 kN·m (tepi bawah)

Jawapan

Mallow = 9.35 kN·m

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics