จงหามุม θ ระหว่างเวกเตอร์ a = (4, 1, −2) และ b = (−6, 0, −3) ในหน่วยองศา
a = (4, 1, −2)b = (−6, 0, −3)
θ = °
2.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้ยาก
แรง F = (60, 30, 30) N กระทำที่จุด A(−2, 3, −1) พิกัดมีหน่วยเป็นเมตร จงหาขนาด |M| ของโมเมนต์ของแรงรอบ จุดกำเนิด O(0, 0, 0)
F = (60, 30, 30) NA(−2, 3, −1) mO(0, 0, 0) m
|M| = N·m
3.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคานปานกลาง
คานรับแรงสองจุดมีหมุดที่ A และลูกกลิ้งที่ B หาปฏิกิริยาแนวดิ่งที่จุดรองรับ RB
L = 10 mP1 = 45 kN ที่ 2 mP2 = 50 kN ที่ 7 m
RB = kN
4.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคานยาก
คานมีหมุดที่ A และลูกกลิ้งที่ B ห่างจาก A 5 m และมีส่วนยื่นเลย B ไปถึงปลายอิสระ C รับแรงกระทำเป็นจุด P ที่ระยะ 2 m จาก A และแรงกระทำแบบแผ่สม่ำเสมอ w จาก 5 m ถึงปลายอิสระที่ 8 m จงหาแรงปฏิกิริยาในแนวดิ่ง RB โดยให้ทิศขึ้นเป็นบวก
AB = 5 mAC = 8 mP = 55 kN ที่ 2 mw = 12 kN/m จาก 5 ถึง 8 m
ในที่หนีบแบบทอกเกิลที่แสดง ลิงก์เท่ากันสองอัน AB และ BC ต่อด้วยหมุดที่ B และแต่ละอันทำมุม 30° กับเส้น AC แรงลงล่าง 300 N กระทำที่ B ตัวเลื่อน C กดชิ้นงาน ถ้าไม่คิดแรงเสียดทานและน้ำหนัก จงหาแรงหนีบแนวนอน Q
F = 300 Nθ = 30°
Q = N
8.โครงข้อแข็งและเครื่องกลยาก
บูมสม่ำเสมอแนวนอน AB น้ำหนัก 0.5 kN ต่อด้วยหมุดกับผนังที่ A และถูกยึดด้วยสายเคเบิลจาก B ไปยังจุด C บนผนังซึ่งสูงกว่า A 1.5 m โหลด 15 kN แขวนที่ B จงหาขนาดของปฏิกิริยาที่หมุด A
W = 15 kNWb = 0.5 kNAB = 2.5 mAC = 1.5 m
A = kN
9.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดปานกลาง
หาโมเมนต์ดัด Mx ที่หน้าตัด x = 1.5 m จากจุดรองรับ A ให้โมเมนต์ที่ทำให้คานแอ่นลงเป็นบวก และแรงเฉือนที่ชี้ขึ้นบนหน้าซ้ายเป็นบวก
L = 6 mw = 4 kN/m จาก 0 ถึง 6 mx = 1.5 m
Mx = kN·m
10.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดยาก
คานวางบนจุดรองรับแบบหมุดที่ A และแบบลูกกลิ้งที่ B และมีส่วนยื่นเลย B ไป 2 m ถึงปลายอิสระ C แรงกระทำแบบแผ่สม่ำเสมอ w กระทำตลอดความยาว A–C จงหาระยะ xc จาก A ถึงจุดเปลี่ยนโมเมนต์ระหว่างจุดรองรับ (ที่โมเมนต์ดัดเปลี่ยนเครื่องหมาย)
L = 6 mw = 5 kN/m จาก 0 ถึง 6 mจุดรองรับที่ x = 0 และ x = 4 m
xc = m
11.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ปานกลาง
หน้าตัดรูปตัว I สมมาตรมีปีกกว้าง 220 mm หนา 24 mm ความลึกรวม 300 mm และเอวหนา 8 mm จงหาโมดูลัสหน้าตัดแบบยืดหยุ่น Sx สำหรับการดัดรอบแกนเซนทรอยด์ในแนวนอน x
B = 220 mmH = 300 mmtf = 24 mmtw = 8 mm
Sx = × 10³ mm³
12.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ยาก
หน้าตัดรูปตัว I แบบเชื่อมมีปีกบน 150 × 24 mm เอวสูง 270 mm หนา 14 mm และปีกล่าง 270 × 24 mm (กว้าง × หนา) จงหาโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ Ix รอบแกน x ที่ผ่านเซนทรอยด์ในแนวนอน
ผลคูณจุด:a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ เป็นสเกลาร์ มันให้มุมระหว่างเวกเตอร์สองตัว cos θ = a·b/(|a|·|b|) และเป็นศูนย์เมื่อตั้งฉากกัน โพรเจกชันสเกลาร์ของ a บน b คือ a·b/|b| และแรงคงที่ F ที่เคลื่อนผ่านการกระจัด d ทำงาน W = F·d
ผลคูณจุด
a·b = 4·(−6) + 1·0 + (−2)·(−3) = −18
ขนาด
|a| = √(4² + 1² + (−2)²) = 4.583
|b| = √((−6)² + 0² + (−3)²) = 6.708
มุม
cos θ = −18/(4.583·6.708) = −0.5855
θ = arccos(−0.5855) = 125.8°
คำตอบ
θ = 125.8°
2.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้
คำตอบ: |M| = 268.3 N·m
ผลคูณไขว้:a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) ตั้งฉากกับเวกเตอร์ทั้งสอง และ |a × b| = |a|·|b|·sin θ คือพื้นที่ของสี่เหลี่ยมด้านขนานที่เวกเตอร์ทั้งสองขึง (สามเหลี่ยมมีครึ่งหนึ่งของมัน) ลำดับมีผล: b × a = −(a × b) โมเมนต์ของแรง F ที่กระทำที่จุด A รอบจุด O คือ MO = r × F โดย r = A − O
เวกเตอร์ตำแหน่งจาก O ไป A
r = A − O = (−2, 3, −1) − (0, 0, 0) = (−2, 3, −1) m
วิธีหน้าตัด: ตัดคานตรงจุดที่ต้องการหาแรงภายในแล้วเก็บไว้ด้านหนึ่ง แรงเฉือน V สมดุลกับแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น และโมเมนต์ดัด M สมดุลกับโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด
ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ
สมดุลของคานทั้งตัว
แรงลัพธ์ของน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ: W = w·ℓ = 4·6 = 24 kN กระทำที่ x̄ = 3 m
M = RA·x − (น้ำหนักบรรทุกแต่ละตัวทางซ้ายของรอยตัด × ระยะถึงรอยตัด)
Mx = 12·1.5 − 4·1.5·0.75 = 13.5 kN·m
คำตอบ
Mx = 13.5 kN·m
10.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด
คำตอบ: xc = 3 m
วิธีหน้าตัด: ตัดคานตรงจุดที่ต้องการหาแรงภายในแล้วเก็บไว้ด้านหนึ่ง แรงเฉือน V สมดุลกับแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น และโมเมนต์ดัด M สมดุลกับโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด โมเมนต์สูงสุด: เนื่องจาก dM/dx = V โมเมนต์ดัดจึงมีค่าสูงสุดที่ตำแหน่งซึ่งแรงเฉือนผ่านศูนย์ ซึ่งอาจเป็นที่แรงกระทำเป็นจุดหรืออยู่ภายในแรงกระทำแบบแผ่
ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ
สมดุลของคานทั้งหมด รวมถึงแรงกระทำบนส่วนยื่น
แรงลัพธ์ของน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ: W = w·ℓ = 5·6 = 30 kN กระทำที่ x̄ = 3 m
ΣMA = 0: RB·4 = 5·6·3
RB = 90/4 = 22.5 kN
ΣFy = 0: RA = 30 − 22.5 = 7.5 kN
โมเมนต์เป็นศูนย์
ระหว่างจุดรองรับ M(x) = RA·x − w·x²/2 นอกจาก x = 0 แล้ว โมเมนต์เป็นศูนย์ที่ x = 2RA/w
RA·xc − w·xc²/2 = 0
xc = 2·7.5/5 = 3 m
คำตอบ
xc = 3 m
11.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่
คำตอบ: Sx = 1415 × 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