คานยื่นยึดแน่นกับผนังที่ A รับแรงกระทำแบบแผ่สม่ำเสมอ w จากผนังถึง 4 m และแรงกระทำเป็นจุด P ที่ระยะ 7 m จากผนัง จงหาแรงปฏิกิริยาในแนวดิ่ง RA ที่ผนัง
L = 10 mP = 50 kN ที่ 7 mw = 2 kN/m จาก 0 ถึง 4 m
RA = kN
2.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคานยาก
คานรับแรงสองจุดมีหมุดที่ A และลูกกลิ้งที่ B หาปฏิกิริยาแนวดิ่งที่จุดรองรับ RA
L = 6 mP = 30 kN ที่ 5 mw = 8 kN/m จาก 3 ถึง 6 m
RA = kN
3.ความเค้นและความเครียดตามแนวแกนปานกลาง
แท่งหนึ่งประกอบด้วยท่อนเหล็กกล้า (เส้นผ่านศูนย์กลาง 25 mm, ยาว 600 mm, E = 200 GPa) ต่อปลายชนปลายกับท่อนที่ทำจากอะลูมิเนียม (เส้นผ่านศูนย์กลาง 50 mm, ยาว 400 mm, E = 70 GPa) ยึดปลายหนึ่งและดึงอีกปลาย จงหาโหลดตามแนวแกน P ที่ทำให้มันยืดทั้งหมด 0.25 mm
ท่อนที่ 1: เหล็กกล้า, Ø25 mm, 600 mm, E = 200 GPaท่อนที่ 2: อะลูมิเนียม, Ø50 mm, 400 mm, E = 70 GPaδ = 0.25 mm
P = 75 kNช่วงที่ 1: Ø30 mm, 1.5 m, เหล็กกล้า (E = 200 GPa)ช่วงที่ 2: Ø20 mm, 1.5 m, เหล็กกล้า (E = 200 GPa)
δ = mm
5.การบิดของเพลาปานกลาง
เพลา อะลูมิเนียม ตันแบบขั้นบันไดยึดที่ A ท่อน AB มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 75 mm และยาว 2 m ท่อน BC มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 mm และยาว 2 m แรงบิด 500 N·m กระทำที่ปลายอิสระ C จงหาความเค้นเฉือนสูงสุด τmax ในเพลา
T = 500 N·md1 = 75 mm, L1 = 2 md2 = 30 mm, L2 = 2 m
คานวางบนจุดรองรับแบบหมุดที่ A และแบบลูกกลิ้งที่ B และมีส่วนยื่นเลย B ไป 2 m ถึงปลายอิสระ C คานรับแรงกระทำเป็นจุด P1 ระหว่างจุดรองรับ และแรงกระทำเป็นจุด P2 ที่ C จงหาโมเมนต์ดัด MB ที่จุดรองรับ B ให้โมเมนต์ที่ทำให้คานแอ่นลงเป็นบวก และแรงเฉือนที่ชี้ขึ้นบนหน้าตัดด้านซ้ายเป็นบวก
L = 10 mP1 = 15 kN ที่ 3 mP2 = 15 kN ที่ 10 mจุดรองรับที่ x = 0 และ x = 8 m
MB = kN·m
8.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดยาก
คานวางบนจุดรองรับแบบหมุดที่ A และแบบลูกกลิ้งที่ B และมีส่วนยื่นเลย B ไป 1 m ถึงปลายอิสระ C แรงกระทำแบบแผ่สม่ำเสมอ w กระทำตลอดความยาว A–C จงหาโมเมนต์ดัด MB ที่จุดรองรับ B ให้โมเมนต์ที่ทำให้คานแอ่นลงเป็นบวก และแรงเฉือนที่ชี้ขึ้นบนหน้าตัดด้านซ้ายเป็นบวก
L = 5 mw = 2 kN/m จาก 0 ถึง 5 mจุดรองรับที่ x = 0 และ x = 4 m
คานยื่นรับน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ w ตลอดความยาว หาระยะแอ่น δ ที่ปลายอิสระ
w = 15 kN/mL = 2 mE = 11 GPa (ไม้เนื้อแข็ง)I = 160 × 10⁶ mm⁴
δ = mm
12.การแอ่นตัวของคานยาก
คานยื่นที่มีค้ำยันถูกยึดแน่นที่ A และรองรับอย่างง่าย (ค้ำยัน) ที่ B รับแรงกระทำเป็นจุด P ที่กึ่งกลางช่วงคาน EI คงที่ จงหาแรงปฏิกิริยา RB ที่ค้ำยัน
L = 3 mP = 60 kN ที่ 1.5 m
RB = kN
13.การโก่งเดาะของเสาปานกลาง
เสายาว L ทำจากเหล็กกล้า โดยยึดแน่นที่ฐานและอิสระที่ปลายบน ใช้สูตรของออยเลอร์หาน้ำหนักวิกฤตที่ทำให้โก่งเดาะ Pcr
L = 2 mE = 200 GPa (เหล็กกล้า)d = 30 mm
Pcr = kN
14.การโก่งเดาะของเสายาก
เสายาว L ทำจากเหล็กกล้า โดยยึดด้วยหมุดทั้งสองปลาย หาค่าความเพรียวและความเค้นวิกฤต σcr จากสูตรของออยเลอร์
L = 6 mE = 200 GPa (เหล็กกล้า)d = 30 mm
σcr = MPa
15.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ปานกลาง
ลูกบอลถูกยิงออกไปทำมุม 55° เหนือแนวนอน จากพื้นราบ ไม่คิดแรงต้านอากาศ หาระยะทางในแนวนอน x ที่ลูกบอลเคลื่อนที่ก่อนกระทบพื้น
v0 = 20 m/sθ = 55°g = 9.81 m/s²
x = m
16.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ยาก
ยิงลูกบอลด้วย 16 m/s ที่มุม 45° เหนือแนวนอนจากยอดหน้าผาสูง 50 m ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² ลูกบอลกระทบพื้นที่มุมเท่าใด α ต่ำกว่าแนวนอน
v₀ = 16 m/sθ = 45°h = 50 mg = 9.81 m/s²
α = °
17.งานและพลังงานปานกลาง
ก้อนวัตถุเลื่อนลงจากหยุดนิ่งตามพื้นเอียงที่ทำมุม 45° กับแนวนอน สัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์คือ 0.15 หาอัตราเร็ว v หลังจากเลื่อนไปตามพื้นเอียง 20 m
θ = 45°μ = 0.15d = 20 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
18.งานและพลังงานยาก
ก้อนวัตถุ 2 kg เริ่มจากหยุดนิ่งที่ฐานของเนินลาด 15° และถูกดึงขึ้นเนินด้วยแรงคงที่ 15 N ขนานกับเนิน สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์คือ 0.3 จงหาอัตราเร็ว v ของก้อนวัตถุหลังเคลื่อนที่ขึ้นเนินไป 10 m
น้ำไหลด้วยความเร็วเฉลี่ย 1.9 m/s ผ่านท่อยาว 400 m เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 150 mm ใช้ตัวประกอบความเสียดทานดาร์ซี f = 0.02 และ g = 9.81 m/s² หาการสูญเสียเฮดจากความเสียดทาน hf
ผนังประกอบด้วยกระจกหนา 50 mm และอิฐหนา 150 mm มีพื้นที่ 12 m² ผิวด้านนอกทั้งสองมีอุณหภูมิ 25 °C และ 5 °C หาอัตราการไหลของความร้อน Q̇ ผ่านผนัง
L1 = 50 mm, k1 = 0.96 W/(m·K)L2 = 150 mm, k2 = 0.72 W/(m·K)A = 12 m²T1 = 25 °CT3 = 5 °C
Q̇ = W
32.การนำความร้อนยาก
ผนังแผ่นยิปซัมหนา 150 mm และอิฐหนา 100 mm กั้นระหว่างห้องที่ 21 °C กับอากาศภายนอกที่ -2 °C สัมประสิทธิ์การพาความร้อนคือ 7.7 W/(m²·K) ภายใน และ 20 W/(m²·K) ภายนอก และพื้นที่ผนังคือ 15 m² หาสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนรวม U ของผนัง
L1 = 150 mm, k1 = 0.17 W/(m·K)L2 = 100 mm, k2 = 0.72 W/(m·K)A = 15 m²hi = 7.7 W/(m²·K)ho = 20 W/(m²·K)Troom = 21 °CTout = -2 °C
U = W/(m²·K)
33.เฟืองและชุดเฟืองปานกลาง
สายพานวิ่งบนพูลเลย์ขับ 150 mm ที่ 1500 rpm แรงตึงคือ 800 N ที่ด้านตึงและ 320 N ที่ด้านหย่อน จงหากำลัง P ที่ส่ง ในหน่วย kW
d1 = 150 mmn1 = 1500 rpmT1 = 800 NT2 = 320 N
P = kW
34.เฟืองและชุดเฟืองยาก
สายพานเปิดเชื่อมพูลเลย์ 200 mm กับพูลเลย์ 450 mm ซึ่งศูนย์กลางห่างกัน 1000 mm จงหามุมโอบ θ บนพูลเลย์ที่เล็กกว่า ในหน่วยองศา
สมดุลของคานยื่น: จุดรองรับแบบยึดแน่นดันขึ้นได้และต้านการหมุนได้ด้วย จึงให้แรงปฏิกิริยาในแนวดิ่ง RA และโมเมนต์ปฏิกิริยา MA ΣFy = 0 ให้ RA และโมเมนต์รอบผนังให้ MA = Σ(แรง × ระยะจากผนัง) แรงกระทำแบบแผ่กระทำเป็นแรงลัพธ์ที่เซนทรอยด์ของแผนภาพแรง
do = ∛(16T/(π·τallow·(1 − k⁴))) = ∛(16·1.592 × 10⁶/(π·60·0.9375)) = 52.43 mm
di = 0.5·52.43 = 26.21 mm
คำตอบ
do = 52.43 mm
เพลาตันต้องมี d = 51.31 mm เพลากลวงใหญ่กว่าเล็กน้อยแต่เบากว่ามาก
7.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด
คำตอบ: MB = −30 kN·m
วิธีหน้าตัด: ตัดคานตรงจุดที่ต้องการหาแรงภายในแล้วเก็บไว้ด้านหนึ่ง แรงเฉือน V สมดุลกับแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น และโมเมนต์ดัด M สมดุลกับโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด
ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ
สมดุลของคานทั้งหมด แรงที่ส่วนยื่นก็ทำให้เกิดโมเมนต์รอบจุด A ด้วย
ΣMA = 0: RB·8 = 15·3 + 15·10
RB = 195/8 = 24.38 kN
ΣFy = 0: RA = 30 − 24.38 = 5.625 kN
ตัดที่ B แล้วเก็บส่วนยื่นไว้
มีเพียง P2 ที่กระทำต่อส่วนยื่น โดยมีแขนโมเมนต์ a แรงนี้ทำให้คานโค้งขึ้นเหนือจุดรองรับ (โมเมนต์ลบ)
MB = −P2·a = −15·2 = −30 kN·m
คำตอบ
MB = −30 kN·m
8.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด
คำตอบ: MB = −1 kN·m
วิธีหน้าตัด: ตัดคานตรงจุดที่ต้องการหาแรงภายในแล้วเก็บไว้ด้านหนึ่ง แรงเฉือน V สมดุลกับแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น และโมเมนต์ดัด M สมดุลกับโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด โมเมนต์สูงสุด: เนื่องจาก dM/dx = V โมเมนต์ดัดจึงมีค่าสูงสุดที่ตำแหน่งซึ่งแรงเฉือนผ่านศูนย์ ซึ่งอาจเป็นที่แรงกระทำเป็นจุดหรืออยู่ภายในแรงกระทำแบบแผ่
ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ
สมดุลของคานทั้งหมด รวมถึงแรงกระทำบนส่วนยื่น
แรงลัพธ์ของน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ: W = w·ℓ = 2·5 = 10 kN กระทำที่ x̄ = 2.5 m
ΣMA = 0: RB·4 = 2·5·2.5
RB = 25/4 = 6.25 kN
ΣFy = 0: RA = 10 − 6.25 = 3.75 kN
ตัดที่ B แล้วเก็บส่วนยื่นไว้
แรงกระทำบนส่วนยื่น w·a กระทำที่ a/2 จาก B และทำให้คานโค้งคว่ำเหนือจุดรองรับ
MB = −w·a²/2 = −2·1²/2 = −1 kN·m
คำตอบ
MB = −1 kN·m
9.วงกลมของมอร์และการแปลงความเค้น
คำตอบ: θs = −37.03 °
การแปลงความเค้นระนาบ: บนระนาบที่หมุนไป θ σ = (σₓ + σᵧ)/2 + (σₓ − σᵧ)/2·cos 2θ + τₓᵧ·sin 2θ วงกลมของมอร์แสดงทุกระนาบพร้อมกัน ศูนย์กลางอยู่ที่ C = (σₓ + σᵧ)/2 และรัศมีคือ R = √(((σₓ − σᵧ)/2)² + τₓᵧ²) ความเค้นหลักคือ C ± R และความเค้นเฉือนในระนาบที่มากที่สุดคือ R