แรงคงที่ F = (30, −15, −10) N กระทำต่อวัตถุขณะที่มันเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงจากจุด A(5, 3, −1) ไปยังจุด B(−3, 0, 3) พิกัดมีหน่วยเป็นเมตร จงหางาน W ที่แรงทำ
F = (30, −15, −10) NA(5, 3, −1) mB(−3, 0, 3) m
W = J
2.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้ยาก
จงหาพื้นที่ A ของสี่เหลี่ยมด้านขนานที่ขึงด้วย a = (3, −6, 1) และ b = (0, −5, 5)
a = (3, −6, 1)b = (0, −5, 5)
A =
3.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคานปานกลาง
คานรับแรงสองจุดมีหมุดที่ A และลูกกลิ้งที่ B หาปฏิกิริยาแนวดิ่งที่จุดรองรับ RA
L = 8 mP1 = 55 kN ที่ 2 mP2 = 60 kN ที่ 6 m
RA = kN
4.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคานยาก
คานยื่นยึดแน่นกับผนังที่ A รับแรงกระทำที่เปลี่ยนแปลงเชิงเส้นซึ่งมีค่า 4 kN/m ที่ผนังและลดลงเป็นศูนย์ที่ปลายอิสระ B บวกแรงกระทำเป็นจุด P ที่ระยะ 7 m จากผนัง จงหาขนาดของโมเมนต์ปฏิกิริยา MA ที่ผนัง
L = 10 mw0 = 4 kN/mP = 10 kN ที่ 7 m
MA = kN·m
5.โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อปานกลาง
ใช้วิธีจุดต่อเพื่อหาแรง FAC ในชิ้นส่วน AC ให้แรงดึงเป็นบวกและแรงอัดเป็นลบ
ในที่หนีบแบบทอกเกิลที่แสดง ลิงก์เท่ากันสองอัน AB และ BC ต่อด้วยหมุดที่ B และแต่ละอันทำมุม 30° กับเส้น AC แรงลงล่าง 100 N กระทำที่ B ตัวเลื่อน C กดชิ้นงาน ถ้าไม่คิดแรงเสียดทานและน้ำหนัก จงหาแรงหนีบแนวนอน Q
F = 100 Nθ = 30°
Q = N
8.โครงข้อแข็งและเครื่องกลยาก
บูมสม่ำเสมอแนวนอน AB น้ำหนัก 2 kN ต่อด้วยหมุดกับผนังที่ A และถูกยึดด้วยสายเคเบิลจากปลาย B ไปยังจุด C บนผนังซึ่งสูงกว่า A 3 m โหลด 6 kN แขวนที่ B จงหาแรงตึง T ในสายเคเบิล
W = 6 kNWb = 2 kNAB = 5 mAC = 3 m
T = kN
9.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดปานกลาง
คานยื่นถูกยึดแน่นที่ A รับแรงกระทำแบบแผ่สม่ำเสมอ w ตลอดความยาว และแรงกระทำเป็นจุด P ที่ตำแหน่ง 1 m จาก A จงหาโมเมนต์ดัด Mx ที่หน้าตัด x = 0.5 m จากจุดรองรับแบบยึดแน่น A ให้โมเมนต์ที่ทำให้คานแอ่นลงเป็นบวก และแรงเฉือนที่ชี้ขึ้นบนหน้าตัดด้านซ้ายเป็นบวก
เครื่องหมาย A ถึง G แบ่งคานเป็นหกส่วนเท่ากัน ที่เครื่องหมายใดโมเมนต์ดัดมีขนาดมากที่สุด ทั้งแบบท้องแอ่นหรือหลังโก่ง คลิกที่มันในแผนภาพ
55 kN @ 0 m60 kN @ 12 m20 kN @ 6 m8 kN/m, 2–8 m
1A (x = 0 m)
2B (x = 2 m)
3C (x = 4 m)
4D (x = 6 m)
5E (x = 8 m)
6F (x = 10 m)
7G (x = 12 m)
11.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ปานกลาง
หน้าตัดรูปตัว I สมมาตรมีปีกกว้าง 190 mm หนา 20 mm ความลึกรวม 360 mm และเอวหนา 6 mm จงหาโมดูลัสหน้าตัดแบบยืดหยุ่น Sx สำหรับการดัดรอบแกนเซนทรอยด์ในแนวนอน x
B = 190 mmH = 360 mmtf = 20 mmtw = 6 mm
Sx = × 10³ mm³
12.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ยาก
แผ่น 150 mm × 150 mm มีช่องตัดสี่เหลี่ยมกว้าง 50 mm สูง 20 mm อยู่กึ่งกลางตามเส้นกึ่งกลางแนวดิ่ง โดยจุดศูนย์กลางอยู่สูงจากด้านล่าง 97.5 mm จงหาโมเมนต์ที่สองของพื้นที่ Ix รอบแกนนอนที่ผ่านเซนทรอยด์
b = 150 mmh = 150 mmช่องตัด: 50 × 20 mmจุดศูนย์กลางของรู: y = 97.5 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
3สารละลาย
1.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้
คำตอบ: W = −235 J
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.
การกระจัด
d = B − A = (−3, 0, 3) − (5, 3, −1) = (−8, −3, 4) m
งาน
W = F·d = 30·(−8) + (−15)·(−3) + (−10)·4 = −235 J
คำตอบ
W = −235 J
งานเป็นลบ: แรงส่วนใหญ่กระทำสวนทางกับการเคลื่อนที่
2.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้
คำตอบ: A = 32.79
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.
โมเมนต์รอบจุด A โดยให้ทวนเข็มนาฬิกาเป็นบวก จากนั้นสมดุลของแรงแนวดิ่ง
ΣMA = 0: RB·8 = 55·2 + 60·6
RB = 470/8 = 58.75 kN
ΣFy = 0: RA = 115 − 58.75 = 56.25 kN
คำตอบ
RA = 56.25 kN
4.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคาน
คำตอบ: MA = 136.7 kN·m
สมดุลของคานยื่น: จุดรองรับแบบยึดแน่นดันขึ้นได้และต้านการหมุนได้ด้วย จึงให้แรงปฏิกิริยาในแนวดิ่ง RA และโมเมนต์ปฏิกิริยา MA ΣFy = 0 ให้ RA และโมเมนต์รอบผนังให้ MA = Σ(แรง × ระยะจากผนัง) แรงกระทำแบบแผ่กระทำเป็นแรงลัพธ์ที่เซนทรอยด์ของแผนภาพแรง
วิธีหน้าตัด: ตัดคานตรงจุดที่ต้องการหาแรงภายในแล้วเก็บไว้ด้านหนึ่ง แรงเฉือน V สมดุลกับแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น และโมเมนต์ดัด M สมดุลกับโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด
เก็บส่วนปลายอิสระไว้
P: −75·0.5 = −37.5 kN·m
w: −5·1.5²/2 = −5.625 kN·m
Mx = −37.5 − 5.625 = −43.13 kN·m
คำตอบ
Mx = −43.13 kN·m
ค่าลบหมายถึงโมเมนต์ลบ: ผิวด้านบนรับแรงดึง
10.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด
คำตอบ: E (x = 8 m)
โมเมนต์ดัดสูงสุด: ความชันของ M เปลี่ยนทุกที่ที่แรงเฉือนเปลี่ยน ดังนั้นยอดของมันอยู่ที่แรงเฉือนตัดผ่านศูนย์: ใต้โหลดจุด ภายในโหลดแผ่กระจาย หรือเหนือจุดรองรับของคานยื่น ที่จุดรองรับแบบยึดแน่นของคานยื่นออก โมเมนต์มากที่สุดที่ผนัง เปรียบเทียบขนาดของ M ที่ตำแหน่งเหล่านั้น ทั้งแบบท้องแอ่นหรือแบบหลังโก่ง
MA = 0, MB = −110, MC = −108, MD = −138, ME = −240 kN·m, MF = −120, MG = 0
คำตอบ
เครื่องหมาย E: ME = −240 kN·m
11.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่
คำตอบ: Sx = 1313 × 10³ mm³
โมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่: สำหรับสี่เหลี่ยมผืนผ้ารอบแกนผ่านเซนทรอยด์ของตัวเอง I = bh³/12 และรอบฐาน bh³/3 (ทฤษฎีบทแกนขนาน I = Ic + A·d²) ส่วนที่เป็นรูจัดการด้วยการลบ I ของรู ตราบที่ทั้งสองส่วนใช้แกนเดียวกัน โมดูลัสหน้าตัดแบบยืดหยุ่นคือ S = I/c โดย c คือระยะถึงเส้นใยนอกสุด
สี่เหลี่ยมผืนผ้าด้านนอกลบช่องว่างด้านข้างสองช่อง
ช่องว่างทั้งสองรวมกันกว้าง (B − tw) และสูง hw = H − 2tf และใช้แกน x ร่วมกัน