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 = (0, −1, 4) ve b = (4, −4, k) vektörlerinin dik olduğu k değerini bulun.

a = (0, −1, 4)b = (4, −4, k)
k =
2.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımZor
xyzab

a = (5, 0, −1) ve b = (3, 1, 5) için a × b vektörel çarpımının y bileşenini (a × b)y bulun.

a = (5, 0, −1)b = (3, 1, 5)
(a × b)y =
3.Kiriş mesnet tepkileriOrta
P1​ = 60 kNP2​ = 60 kNABRA​RB​ = ?1 m3 m1 m

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

L = 5 mP1 = 60 kN @ 1 mP2 = 60 kN @ 4 m
RB = kN
4.Kiriş mesnet tepkileriZor
w = 4 kN/mP = 10 kNABRA​ = ?RB​1 m1 m3 m1 m

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

L = 6 mP = 10 kN @ 5 mw = 4 kN/m, 1 ile 2 m arasında
RA = kN
5.Kafes: düğüm yöntemiOrta
ABCDEFGH40 kN15 kN4 × 3 m3 m

Bu kafes sistemin tam olarak bir elemanı bu yükler altında kuvvet taşımaz. Sıfır kuvvet elemanı hangisidir? Diyagramda ona tıklayın.

B: 40 kN ↓H: 15 kN ↓
  1. 1AB elemanı
  2. 2BC elemanı
  3. 3CD elemanı
  4. 4DE elemanı
  5. 5FG elemanı
  6. 6GH elemanı
  7. 7AF elemanı
  8. 8HE elemanı
  9. 9BF elemanı
  10. 10CG elemanı
  11. 11DH elemanı
  12. 12BG elemanı
  13. 13DG elemanı
6.Kafes: düğüm yöntemiZor
ABBCACACB55 kN5 kN8 m1 m3 m

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

açıklık = 8 myükseklik = 3 mB, A’dan 1 m uzaktadüşey yük = 55 kNyatay yük = 5 kN ←
FAB = kN
7.Çerçeveler ve makinelerOrta
250 NQ = ?10°ABC

Gösterilen mafsallı sıkıştırma mengenesinde, eşit AB ve BC bağlantı elemanları B’de birbirine pimlenmiştir ve her biri AC doğrusuyla 10° yapar. B’ye 250 N’luk aşağı yönlü bir kuvvet uygulanır. C kızağı bir iş parçasına bastırır. Sürtünmeyi ve ağırlıkları yok sayarak yatay sıkma kuvvetini Q bulun.

F = 250 Nθ = 10°
Q = N
8.Çerçeveler ve makinelerZor
8 kN2 kN2 m1 mABC

Ağırlığı 2 kN olan düzgün, yatay bir AB bomu A’da duvara pimlenmiştir ve B’den duvardaki, A’nın 1 m üzerindeki C noktasına giden bir kabloyla tutulmaktadır. B’de 8 kN’luk bir yük asılıdır. Pim tepkisinin büyüklüğünü A bulun.

W = 8 kNWb = 2 kNAB = 2 mAC = 1 m
A = kN
9.Kesme kuvveti ve eğilme momentiOrta
w = 2 kN/mP = 65 kNAB2 m0,5 m

Konsol kiriş A’da ankastredir. Tüm boyunca düzgün yayılı w yükünü ve A’dan 2 m uzaklıkta P tekil yükünü taşır. Eğilme momenti MA değerini A ankastre mesnedinde bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.

L = 2,5 mP = 65 kN @ 2 mw = 2 kN/m, 0 ile 2,5 m arasında
MA = kN·m
10.Kesme kuvveti ve eğilme momentiZor
w = 10 kN/mP = 35 kNABkesit2 m1,5 m0,5 m

A mesnedinden x = 3,5 m uzaklıktaki kesitte eğilme momenti Mx değerini bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.

L = 4 mP = 35 kN @ 2 mw = 10 kN/m, 0 ile 4 m arasındax = 3,5 m
Mx = kN·m
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
B = 240H = 300t = 8xboyutlar mm cinsinden

İçi boş dikdörtgen (kutu) bir kesitin dış genişliği B = 240 mm, dış yüksekliği H = 300 mm ve düzgün et kalınlığı t = 8 mm’tir. Yatay ağırlık merkezi eksenine göre atalet yarıçapı r değerini bulun.

B = 240 mmH = 300 mmt = 8 mm
r = mm
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
180253008xM = 50 kN·mboyutlar mm cinsinden

T kesit, başlığı üstte olacak şekilde kiriş olarak kullanılıyor ve 50 kN·m pozitif eğilme momenti taşıyor. Üst kenardaki eğilme gerilmesi σüst değerinin büyüklüğünü bulun.

bf = 180 mmtf = 25 mmtw = 8 mmhw = 300 mmM = 50 kN·m
σüst = MPa

3Çözeltiler

1.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: k = −1

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.

Skaler çarpım sıfıra eşit

a·b = 0·4 + (−1)·(−4) + 4·k = 0
4 + 4·k = 0

k için çözün

k = −4/4 = −1

Cevap

k = −1
2.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: (a × b)y = −28

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.

Vektörel çarpım, bileşen bileşen

(a × b)x = aybz − azby = 0·5 − (−1)·1 = 1
(a × b)y = azbx − axbz = (−1)·3 − 5·5 = −28
(a × b)z = axby − aybx = 5·1 − 0·3 = 5

İstenen bileşen

(a × b)y = −28

Cevap

(a × b)y = −28

Kontrol: a × b her iki vektöre de diktir, bu yüzden a ve b ile skaler çarpımı sıfırdır.

3.Kiriş mesnet tepkileri

Cevap: RB = 60 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​ = 60 kNP2​ = 60 kNABRA​RB​1 m3 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 = 60·1 + 60·4
RB = 300/5 = 60 kN
ΣFy = 0: RA = 120 − 60 = 60 kN

Cevap

RB = 60 kN
4.Kiriş mesnet tepkileri

Cevap: RA = 4,667 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 = 4 kN/mP = 10 kNABRA​RB​1 m1 m3 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.

Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 4·1 = 4 kN, x̄ = 1,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·6 = 10·5 + 4·1·1,5
RB = 56/6 = 9,333 kN
ΣFy = 0: RA = 14 − 9,333 = 4,667 kN

Cevap

RA = 4,667 kN
5.Kafes: düğüm yöntemi

Cevap: CG elemanı

Sıfır kuvvet elemanları: bir düğüm noktasında kuvvetler her yönde dengelenmelidir. Bir düğüm noktasında yük ve mesnet yoksa ve üç elemanından ikisi aynı doğru üzerindeyse, o doğruya dik dengede yalnızca üçüncü eleman yer alır, yani kuvveti sıfırdır. Yüksüz bir düğüm noktasında yalnızca iki eleman buluşuyorsa ve aynı doğru üzerinde değillerse, ikisi de sıfırdır.

C düğüm noktası

BC ve CD aynı düz doğru üzerindedir ve düğüm noktası yük taşımaz. O doğruya dik kuvvetleri dengelemek yalnızca CG’yi bırakır.

ΣF⊥ = 0 → FCG = 0

Düğüm noktaları yöntemiyle kontrol edin

Tüm düğüm noktalarını çözmek şu eleman kuvvetlerini verir (T = çekme, C = basınç).

AB: 33,75 kN (T), BC: 27,5 kN (T), CD: 27,5 kN (T), DE: 21,25 kN (T), FG: 33,75 kN (C), GH: 21,25 kN (C), AF: 47,73 kN (C), HE: 30,05 kN (C), BF: 33,75 kN (T), CG: 0, DH: 6,25 kN (T), BG: 8,839 kN (T), DG: 8,839 kN (C)

Cevap

Sıfır kuvvet elemanı: CG
6.Kafes: düğüm yöntemi

Cevap: FAB = −52,7 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 kN5 kNAy​Cy​Ax​

Mesnet tepkileri

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

ΣMA = 0: Cy·8 = 55·1 − 5·3 → Cy = 5 kN
ΣFy = 0: Ay = 55 − 5 = 50 kN
ΣFx = 0: Ax = 5 kN

A düğümü

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

sin α = 3/3,162 = 0,9487
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −50/0,9487 = −52,7 kN

Cevap

FAB = −52,7 kN (basınç)
7.Çerçeveler ve makineler

Cevap: Q = 708,9 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 10° = 250
Flink = 719,8 N

Sıkma kuvveti

Q = Flink·cos 10° = 250/(2·tan 10°) = 708,9 N

Cevap

Q = 708,9 N

Bağlantı elemanları düzleştikçe Q/F = 2,836 kuvvet oranı sınırsız büyür.

8.Çerçeveler ve makineler

Cevap: A = 18,03 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.

Kablodaki çekme kuvveti

T = (8 + 2/2)/0,4472 = 20,12 kN

A’daki bileşenler

Ax = T·cos β = 18 kN
Ay = 8 + 2 − T·sin β = 1 kN

Büyüklük

A = √(18² + 1²) = 18,03 kN

Cevap

A = 18,03 kN
9.Kesme kuvveti ve eğilme momenti

Cevap: MA = −136,3 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.

Serbest uçtaki parçayı tutun

P: −65·2 = −130 kN·m
w: −2·2,5²/2 = −6,25 kN·m
MA = −130 − 6,25 = −136,3 kN·m

Cevap

MA = −136,3 kN·m

Negatif, üst liflerin çekmede olduğu anlamına gelir (negatif moment).

10.Kesme kuvveti ve eğilme momenti

Cevap: Mx = 17,5 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 = 10·4 = 40 kN, x̄ = 2 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·4 = 35·2 + 10·4·2
RB = 150/4 = 37,5 kN
ΣFy = 0: RA = 75 − 37,5 = 37,5 kN
w = 10 kN/mP = 35 kNABRA​ = 37,5RB​ = 37,5kesit2 m1,5 m0,5 m

x = 3,5 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 = 37,5·3,5 − 35·(3,5 − 2) − 10·3,5·1,75 = 17,5 kN·m

Cevap

Mx = 17,5 kN·m
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti

Cevap: r = 115,8 mm

Atalet momenti: bir dikdörtgen için kendi ağırlık merkezi eksenine göre I = bh³/12, tabanına göre bh³/3’tür (paralel eksen teoremi I = Ic + A·d²). Bir boşluk, her iki parça aynı ekseni paylaştığı sürece I’sı çıkarılarak hesaba katılır. Elastik kesit modülü S = I/c’dir; c, en dış life olan uzaklıktır. Atalet yarıçapı r = √(I/A), tüm alanın aynı I’yı vereceği uzaklıktır; kolon burkulmasında kullanılır.

Net alan ve atalet momenti

b = 224 mm, h = 284 mm
A = BH − bh = 240·300 − 224·284 = 8384 mm²
I = (BH³ − bh³)/12 = 1,124 × 10⁸ mm⁴

Atalet yarıçapı

r = √(I/A) = √(1,124 × 10⁸/8384) = 115,8 mm

Cevap

r = 115,8 mm
12.Ağırlık merkezi ve atalet momenti

Cevap: σüst = 57,94 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 = 180·25 = 4500 mm², yf = 300 + 25/2 = 312,5 mm
gövde: Aw = 8·300 = 2400 mm², yw = 300/2 = 150 mm

Ağırlık merkezi

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (4500·312,5 + 2400·150)/6900 = 256 mm

Paralel eksen teoremi

başlık: 180·25³/12 + 4500·(312,5 − 256)² = 1,461 × 10⁷ mm⁴
gövde: 8·300³/12 + 2400·(150 − 256)² = 4,496 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1,461 × 10⁷ + 4,496 × 10⁷ = 5,957 × 10⁷ mm⁴

Eğilme gerilmesi

Üst kenar eksenden h − ȳ uzaklıktadır.

y = 325 − 256 = 69,02 mm
σ = M·y/I = 5 × 10⁷·69,02/5,957 × 10⁷ = 57,94 MPa

Cevap

σüst = 57,94 MPa

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics