Statik: hızlı tekrar paketi

Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 12 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.

Yeni sorularDerse dön

Yazdırma penceresinde, bir kopyayı cihazınızda saklamak için “PDF olarak kaydet” seçeneğini seçin.

1Formüller ve yöntemler

Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Büyüklük
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Birim vektör
û = a/|a|
Açıdan bileşenler
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Skaler çarpım
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
a’nın b üzerindeki skaler izdüşümü
a·b/|b|
İş
W = F·d
Vektörel çarpım
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Alanlar
paralelkenar |a × b|, üçgen ½|a × b|
O’ya göre moment
MO = r × F, r = A − O
Paralelyüzlünün hacmi
V = |a·(b × c)|

Yöntem

  1. Her vektörü bileşenleriyle yazın; büyüklük ve açıyla verilen bir kuvvet için F·cos θ ve F·sin θ kullanın.
  2. Uzunluklar ve doğrultular için √(x² + y² + z²) büyüklüğünü ve a/|a| birim vektörünü kullanın.
  3. Açılar, izdüşümler, diklik ve iş için skaler çarpımı kullanın: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Dik vektörler, alanlar ve momentler için vektörel çarpımı kullanın: üç bileşeni dikkatle yazın ve a × b sırasını koruyun.

Kiriş mesnet tepkileri

Denge
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Düzgün yük
bileşke w·L, yükün ortasında
Moment
M = F·d

Yöntem

  1. Serbest cisim diyagramı çizin ve her mesneti tepkileriyle değiştirin.
  2. Her yayılı yükü ağırlık merkezine etkiyen tek bir kuvvetle değiştirin.
  3. Diğer mesnetteki tepkiyi bulmak için bir mesnete göre moment alın.
  4. Kalan tepkiyi ΣFy = 0 ile bulun ve ikinci bir moment denklemiyle kontrol edin.

Kafes: düğüm yöntemi

Düğüm yöntemi
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Kesit yöntemi
ΣM = 0 about a cut point
Çubuk kuvveti
pozitif = çekme, negatif = basınç

Yöntem

  1. Tüm kafes sistemin mesnet tepkilerini bulun.
  2. Düğüm noktaları yöntemi: en fazla iki bilinmeyen çubuk kuvveti olan bir düğümden başlayın ve ΣFx = 0 ile ΣFy = 0 kullanın.
  3. Kesim yöntemi: gereken çubuktan kesin ve diğer bilinmeyen çubukların kesiştiği bir noktaya göre moment alın.
  4. Çekme varsayın; negatif cevap basınç demektir.

Çerçeveler ve makineler

Her elemanın dengesi
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
İki kuvvet elemanı
kuvvet, iki pimini birleştiren doğru boyunca
Pim kuvveti
birleştirdiği iki elemanda eşit ve zıt yönlü
Pim kuvvetinin büyüklüğü
F = √(Fx² + Fy²)
Kaldıraç, pense, dirsekli kol
Fin·a = Fout·b
Mafsallı mengene (toggle)
Flink = F/(2 sin θ), Q = F/(2 tan θ)
Düzgün yük
bileşke w·L, yükün ortasında

Yöntem

  1. Tüm yapının şemasını çizin ve bilinmeyen sayısı üçü geçmiyorsa mesnet tepkilerini bulun.
  2. İki kuvvet elemanlarını belirleyin: yalnızca iki pimden yüklenen elemanlarda kuvvet, pimler arasındaki doğru boyunca etkir.
  3. Çerçeveyi parçalarına ayırın ve her elemanı tek başına çizin; elemanların birleştiği yerlerde pim kuvvetleri eşit ve zıt yönlü olsun.
  4. Her eleman için bilinmeyen kuvvetlerin etkidiği bir pime göre moment alın, sonra ΣFx = 0 ve ΣFy = 0 denklemlerini kullanın; bileşenleri en sonda bir büyüklükte birleştirin.

Kesme kuvveti ve eğilme momenti

Kesme ve moment
V = bir taraftaki ΣF, M = bir taraftaki ΣF·d
Eğilme gerilmesi
σ = M·y/I
Dikdörtgen
I = bh³/12
Kesit modülü
W = I/ymax
Basit mesnetli, düzgün yük
Mmax = wL²/8

Yöntem

  1. Mesnet tepkilerini tüm kirişin dengesinden bulun.
  2. Kirişi gereken kesitten kesin ve bir tarafı tutun.
  3. Kesme kuvveti: o taraftaki düşey kuvvetlerin toplamı. Eğilme momenti: bunların kesite göre momentlerinin toplamı.
  4. En büyük moment için kesme kuvvetinin sıfır olduğu yeri bulun.

Ağırlık merkezi ve atalet momenti

Ağırlık merkezi
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
Dikdörtgen
I = bh³/12
Paralel eksen teoremi
I = Ic + A·d²
Bileşik kesit
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

2Alıştırma soruları

1.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımOrta
xyzab

a = (2, −3, −5) ve b = (0, k, 6) vektörlerinin dik olduğu k değerini bulun.

a = (2, −3, −5)b = (0, k, 6)
k =
2.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımZor
xyzABC

Köşeleri A(−3, −1, 0), B(−1, −3, −4) ve C(−1, 0, −2) olan üçgenin alanını A bulun. Koordinatlar metre cinsindendir.

A(−3, −1, 0)B(−1, −3, −4)C(−1, 0, −2)
A = m²
3.Kiriş mesnet tepkileriOrta
P1​ = 55 kNP2​ = 50 kNABRA​RB​ = ?3,5 m0,5 m1 m

Basit mesnetli kirişin A’da sabit mafsalı, B’de kayıcı mesnedi var. Düşey mesnet tepkisi RB değerini bulun.

L = 5 mP1 = 55 kN @ 3,5 mP2 = 50 kN @ 4 m
RB = kN
4.Kiriş mesnet tepkileriZor
w = 3 kN/mP = 50 kNABRA​ = ?RB​2 m3 m3 m2 m

Basit mesnetli kirişin A’da sabit mafsalı, B’de kayıcı mesnedi var. Düşey mesnet tepkisi RA değerini bulun.

L = 10 mP = 50 kN @ 8 mw = 3 kN/m, 2 ile 5 m arasında
RA = kN
5.Kafes: düğüm yöntemiOrta
ABBCACACB20 kN5 m1 m2 m

BC çubuğundaki FBC kuvvetini düğüm yöntemiyle bulun. Çekmeyi pozitif, basıncı negatif verin.

açıklık = 5 myükseklik = 2 mB, A’dan 1 m uzaktadüşey yük = 20 kN
FBC = kN
6.Kafes: düğüm yöntemiZor
ABBCACACB55 kN15 kN4 m1 m2 m

AB çubuğundaki FAB kuvvetini düğüm yöntemiyle bulun. Çekmeyi pozitif, basıncı negatif verin.

açıklık = 4 myükseklik = 2 mB, A’dan 1 m uzaktadüşey yük = 55 kNyatay yük = 15 kN ←
FAB = kN
7.Çerçeveler ve makinelerOrta
150 NQ = ?30°ABC

Gösterilen mafsallı sıkıştırma mengenesinde, eşit AB ve BC bağlantı elemanları B’de birbirine pimlenmiştir ve her biri AC doğrusuyla 30° yapar. B’ye 150 N’luk aşağı yönlü bir kuvvet uygulanır. C kızağı bir iş parçasına bastırır. Sürtünmeyi ve ağırlıkları yok sayarak yatay sıkma kuvvetini Q bulun.

F = 150 Nθ = 30°
Q = N
8.Çerçeveler ve makinelerZor
12 kN3 m1,8 m1,8 mABCDE

Gösterilen A çerçevesi, birbirinden 3 m uzaktaki A pimi ve B makarası üzerinde duruyor. Bacaklar 3,6 m yüksekteki C pimi’nde buluşuyor ve 1,8 m yükseklikteki yatay DE çubuğuyla bağlanıyor. C’de sağa doğru 12 kN’luk yatay bir kuvvet etkiyor. Bağdaki çekme kuvvetini T bulun.

P = 12 kNAB = 3 mC’nin yüksekliği = 3,6 mDE’nin yüksekliği = 1,8 m
T = kN
9.Kesme kuvveti ve eğilme momentiOrta
M0​ = 20 kN·mAB1 m3 m

Basit mesnetli kiriş, A’dan x = 1 m uzaklıkta saat yönünde M0 = 20 kN·m kuvvet çifti taşır; başka yük yoktur. Kuvvet çiftinin hemen sağındaki eğilme momenti Mx değerini bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.

L = 4 mM0 = 20 kN·m saat yönünde, konumu 1 m
Mx = kN·m
10.Kesme kuvveti ve eğilme momentiZor
w = 8 kN/mP = 20 kNABkesit3 m1 m

A mesnedinden x = 3 m uzaklıktaki kesitte eğilme momenti Mx değerini bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.

L = 4 mP = 20 kN @ 3 mw = 8 kN/m, 0 ile 4 m arasındax = 3 m
Mx = kN·m
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
3003028020xboyutlar mm cinsinden

T kesitin ağırlık merkezinden geçen yatay x eksenine göre atalet momenti Ix değerini bulun.

bf = 300 mmtf = 30 mmtw = 20 mmhw = 280 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
1401014018xM = 5 kN·mboyutlar mm cinsinden

T kesit, başlığı üstte olacak şekilde kiriş olarak kullanılıyor ve 5 kN·m pozitif eğilme momenti taşıyor. Alt kenardaki eğilme gerilmesi σalt değerini bulun.

bf = 140 mmtf = 10 mmtw = 18 mmhw = 140 mmM = 5 kN·m
σalt = MPa

3Çözeltiler

1.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: k = −10

Skaler çarpım: a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ bir skalerdir. İki vektör arasındaki açıyı verir, cos θ = a·b/(|a|·|b|), ve vektörler dik olduğunda sıfırdır. a’nın b üzerindeki skaler izdüşümü a·b/|b|’dir ve d yer değiştirmesi boyunca hareket eden sabit bir F kuvveti W = F·d işi yapar.

Skaler çarpım sıfıra eşit

a·b = 2·0 + (−3)·k + (−5)·6 = 0
−30 + (−3)·k = 0

k için çözün

k = −(−30)/(−3) = −10

Cevap

k = −10
2.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: A = 5,385 m²

Vektörel çarpım: a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) her iki vektöre de diktir ve |a × b| = |a|·|b|·sin θ, bu vektörlerin gerdiği paralelkenarın alanıdır (üçgen bunun yarısıdır). Sıra önemlidir: b × a = −(a × b). A noktasına uygulanan F kuvvetinin O noktasına göre momenti MO = r × F’dir; burada r = A − O.

Kenar vektörleri

AB = B − A = (2, −2, −4)
AC = C − A = (2, 1, −2)

Vektörel çarpım

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = (−2)·(−2) − (−4)·1 = 8
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = (−4)·2 − 2·(−2) = −4
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 2·1 − (−2)·2 = 6
|AB × AC| = √(8² + (−4)² + 6²) = 10,77

Üçgenin alanı

A = ½·10,77 = 5,385 m²

Cevap

A = 5,385 m²
3.Kiriş mesnet tepkileri

Cevap: RB = 78,5 kN

Statik denge: durgun bir cisim için herhangi bir noktaya göre ΣFx = 0, ΣFy = 0 ve ΣM = 0. Bir mesnede göre moment almak o mesnedin tepkisini denklemden çıkarır.

P1​ = 55 kNP2​ = 50 kNABRA​RB​3,5 m0,5 m1 m

Serbest cisim diyagramı

Mesnetleri tepki kuvvetleriyle değiştirin. Kayıcı mesnet bir düşey tepki verir; yalnızca düşey yükler varsa sabit mafsal da bir düşey tepki verir.

Denge

A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif. Ardından düşey kuvvet dengesi.

ΣMA = 0: RB·5 = 55·3,5 + 50·4
RB = 392,5/5 = 78,5 kN
ΣFy = 0: RA = 105 − 78,5 = 26,5 kN

Cevap

RB = 78,5 kN
4.Kiriş mesnet tepkileri

Cevap: RA = 15,85 kN

Statik denge: durgun bir cisim için herhangi bir noktaya göre ΣFx = 0, ΣFy = 0 ve ΣM = 0. Bir mesnede göre moment almak o mesnedin tepkisini denklemden çıkarır.

w = 3 kN/mP = 50 kNABRA​RB​2 m3 m3 m2 m

Serbest cisim diyagramı

Mesnetleri tepki kuvvetleriyle değiştirin. Kayıcı mesnet bir düşey tepki verir; yalnızca düşey yükler varsa sabit mafsal da bir düşey tepki verir.

Denge

A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif. Ardından düşey kuvvet dengesi.

Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 3·3 = 9 kN, x̄ = 3,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·10 = 50·8 + 3·3·3,5
RB = 431,5/10 = 43,15 kN
ΣFy = 0: RA = 59 − 43,15 = 15,85 kN

Cevap

RA = 15,85 kN
5.Kafes: düğüm yöntemi

Cevap: FBC = −8,944 kN

Düğüm yöntemi: bir kafesin her düğümü dengededir; bu yüzden her düğümde ΣFx = 0 ve ΣFy = 0. En fazla iki bilinmeyen çubuk kuvveti olan bir düğümden başlayın. Negatif sonuç çubuğun basınçta olduğunu gösterir.

ABBCACACB20 kNAy​Cy​

Mesnet tepkileri

Tüm kafesin dengesi. A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif.

ΣMA = 0: Cy·5 = 20·1 → Cy = 4 kN
ΣFy = 0: Ay = 20 − 4 = 16 kN

C düğümü

Kayıcı mesnet yalnızca düşey tepki verir, bu yüzden C düğümünde yalnızca iki bilinmeyen çubuk kuvveti vardır. İkisinin de çekmede olduğunu varsayın.

sin γ = 2/4,472 = 0,4472, cos γ = 4/4,472 = 0,8944
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −4/0,4472 = −8,944 kN

Cevap

FBC = −8,944 kN (basınç)
6.Kafes: düğüm yöntemi

Cevap: FAB = −54,5 kN

Düğüm yöntemi: bir kafesin her düğümü dengededir; bu yüzden her düğümde ΣFx = 0 ve ΣFy = 0. En fazla iki bilinmeyen çubuk kuvveti olan bir düğümden başlayın. Negatif sonuç çubuğun basınçta olduğunu gösterir.

ABBCACACB55 kN15 kNAy​Cy​Ax​

Mesnet tepkileri

Tüm kafesin dengesi. A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif.

ΣMA = 0: Cy·4 = 55·1 − 15·2 → Cy = 6,25 kN
ΣFy = 0: Ay = 55 − 6,25 = 48,75 kN
ΣFx = 0: Ax = 15 kN

A düğümü

Her çubuğun çekmede olduğunu (düğümden dışarı çektiğini) varsayın. A’da yalnızca AB’nin düşey bileşeni var.

sin α = 2/2,236 = 0,8944
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −48,75/0,8944 = −54,5 kN

Cevap

FAB = −54,5 kN (basınç)
7.Çerçeveler ve makineler

Cevap: Q = 129,9 N

Makineler: penseler, kaldıraçlar, bağlantı sistemleri ve kıskaçlar bir giriş kuvvetini daha büyük ya da farklı yönlü bir çıkış kuvvetine çevirir. Bir parçayı serbest cisim olarak çizin ve dönme noktasına göre moment alın: pim kuvveti denklemden çıkar ve Fin·a = Fout·b mekanik kazancı a/b olarak verir. Pim kuvveti, aynı parça için ΣF = 0 denkleminden bulunur. Mafsallı bir mengenede iki bağlantı elemanı sığ bir θ açısıyla buluşur; her bağlantı elemanı bir iki kuvvet elemanıdır, bu yüzden bağlantı noktasındaki küçük bir F kuvveti büyük F/(2 sin θ) eleman kuvvetleri ve F/(2 tan θ) sıkma kuvveti oluşturur.

B pimi dengesi

2·Flink·sin 30° = 150
Flink = 150 N

Sıkma kuvveti

Q = Flink·cos 30° = 150/(2·tan 30°) = 129,9 N

Cevap

Q = 129,9 N

Bağlantı elemanları düzleştikçe Q/F = 0,866 kuvvet oranı sınırsız büyür.

8.Çerçeveler ve makineler

Cevap: T = 12 kN

Çerçeveler ve makineler: kafesten farklı olarak bir çerçeve, en az bir elemanında ikiden fazla noktada kuvvet taşır veya pimleri arasında bir yük bulunur. Önce iki kuvvet elemanlarını arayın: yalnızca iki pimden yüklenen bir elemanın kuvveti bu pimlerden geçen doğru boyuncadır, bu yüzden iki değil, bir bilinmeyen ekler. Sonra bilinmeyen sayısı üçü geçmiyorsa mesnet tepkileri için tüm yapıyı kullanın. Son olarak çerçeveyi parçalarına ayırın: her elemanı ayrı çizin, pim kuvvetleri birleştirdikleri iki elemanda eşit ve zıt yönlü olsun ve onun için ΣFx = 0, ΣFy = 0 ve ΣM = 0 yazın. Bir pime göre moment almak, o pim kuvvetinin iki bileşenini de denklemden çıkarır.

Tüm çerçeve: A’ya göre momentler

By·3 = 12·3,6
By = 14,4 kN

BC bacağı: C’ye göre momentler

14,4·1,5 = T·1,8
T = 12 kN

Cevap

T = 12 kN

Pozitif bir T, varsayıldığı gibi bağın çekme altında olduğu anlamına gelir.

9.Kesme kuvveti ve eğilme momenti

Cevap: Mx = 15 kN·m

Kesit yöntemi: iç kuvvetleri istediğiniz yerde kirişi kesin ve bir tarafı tutun. Kesme kuvveti V o taraftaki düşey kuvvetleri, eğilme momenti M ise onların kesite göre momentlerini dengeler. Uygulanan bir kuvvet çifti, eğilme momenti diyagramında kuvvet çiftinin büyüklüğü kadar sıçrama oluşturur.

Mesnet tepkileri

A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif: RB·L − M0 = 0. Düşey denge: RA + RB = 0.

RB = M0/L = 20/4 = 5 kN (yukarı)
RA = −RB = −5 kN (aşağı)

Kuvvet çiftinin hemen sağından kesin

Sol parça artık RA’yı ve kuvvet çiftini içerir.

Mx = RA·a + M0 = −5·1 + 20 = 15 kN·m

Cevap

Mx = 15 kN·m
10.Kesme kuvveti ve eğilme momenti

Cevap: Mx = 27 kN·m

Kesit yöntemi: iç kuvvetleri istediğiniz yerde kirişi kesin ve bir tarafı tutun. Kesme kuvveti V o taraftaki düşey kuvvetleri, eğilme momenti M ise onların kesite göre momentlerini dengeler.

Mesnet tepkileri

Tüm kirişin dengesi.

Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 8·4 = 32 kN, x̄ = 2 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·4 = 20·3 + 8·4·2
RB = 124/4 = 31 kN
ΣFy = 0: RA = 52 − 31 = 21 kN
w = 8 kN/mP = 20 kNABRA​ = 21RB​ = 31kesit3 m1 m

x = 3 m noktasında kesin ve sol parçayı tutun

Yalnızca kesitin solundaki kuvvetler dikkate alınır. Yayılı yükün bir kısmı, o kısmın ortasında tek bir kuvvet gibi etkir.

M = RA·x − (kesitin solundaki her yük × kesite uzaklığı)
Mx = 21·3 − 8·3·1,5 = 27 kN·m

Cevap

Mx = 27 kN·m
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti

Cevap: Ix = 120,2 × 10⁶ mm⁴

Bileşik alanlar: kesiti dikdörtgenlere ayırın. Ağırlık merkezi alanlarla ağırlıklı ortalamadır: ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti, her parçanın kendi bh³/12 değerini ve paralel eksen terimi A·d²’yi toplar; d, parçanın ağırlık merkezinin genel ağırlık merkezine uzaklığıdır. Eğilme gerilmesi σ = M·y/I’dır.

İki dikdörtgene ayırın

Her y’yi alt kenardan ölçün.

başlık: Af = 300·30 = 9000 mm², yf = 280 + 30/2 = 295 mm
gövde: Aw = 20·280 = 5600 mm², yw = 280/2 = 140 mm

Ağırlık merkezi

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (9000·295 + 5600·140)/14600 = 235,5 mm

Paralel eksen teoremi

başlık: 300·30³/12 + 9000·(295 − 235,5)² = 3,249 × 10⁷ mm⁴
gövde: 20·280³/12 + 5600·(140 − 235,5)² = 8,771 × 10⁷ mm⁴
Ix = 3,249 × 10⁷ + 8,771 × 10⁷ = 1,202 × 10⁸ mm⁴ = 120,2 × 10⁶ mm⁴

Cevap

Ix = 120,2 × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momenti

Cevap: σalt = 52,66 MPa

Bileşik alanlar: kesiti dikdörtgenlere ayırın. Ağırlık merkezi alanlarla ağırlıklı ortalamadır: ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti, her parçanın kendi bh³/12 değerini ve paralel eksen terimi A·d²’yi toplar; d, parçanın ağırlık merkezinin genel ağırlık merkezine uzaklığıdır. Eğilme gerilmesi σ = M·y/I’dır.

İki dikdörtgene ayırın

Her y’yi alt kenardan ölçün.

başlık: Af = 140·10 = 1400 mm², yf = 140 + 10/2 = 145 mm
gövde: Aw = 18·140 = 2520 mm², yw = 140/2 = 70 mm

Ağırlık merkezi

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (1400·145 + 2520·70)/3920 = 96,79 mm

Paralel eksen teoremi

başlık: 140·10³/12 + 1400·(145 − 96,79)² = 3,266 × 10⁶ mm⁴
gövde: 18·140³/12 + 2520·(70 − 96,79)² = 5,924 × 10⁶ mm⁴
Ix = 3,266 × 10⁶ + 5,924 × 10⁶ = 9,19 × 10⁶ mm⁴

Eğilme gerilmesi

Alt kenar eksenden ȳ uzaklıktadır.

y = 96,79 mm
σ = M·y/I = 5 × 10⁶·96,79/9,19 × 10⁶ = 52,66 MPa

Cevap

σalt = 52,66 MPa

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics