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 = (−1, 5, 7) vektörünün b = (2, −5, −6) vektörü üzerindeki skaler izdüşümünü compb a bulun, yani a vektörünün b doğrultusundaki bileşenini.

a = (−1, 5, 7)b = (2, −5, −6)
compb a =
2.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımZor
xyzabc

Bir köşeden çıkan kenarları a = (2, −2, −5), b = (−4, −4, −4) ve c = (3, 0, −5) olan paralelyüzlünün hacmini V bulun.

a = (2, −2, −5)b = (−4, −4, −4)c = (3, 0, −5)
V =
3.Kiriş mesnet tepkileriOrta
w = 10 kN/mP = 55 kNABMA​ = ?10 m

Konsol kiriş A’da duvara ankastredir. Tüm boyunca düzgün yayılı w yükünü ve duvardan 10 m uzaklıkta P tekil yükünü taşır. Duvardaki tepki momentinin büyüklüğü MA değerini bulun.

L = 10 mP = 55 kN @ 10 mw = 10 kN/m, 0 ile 10 m arasında
MA = kN·m
4.Kiriş mesnet tepkileriZor
w0​ = 6 kN/mP = 55 kNABMA​ = ?4 m1 m

Konsol kiriş A’da duvara ankastredir. Duvarda sıfır olan ve serbest uç B’de 6 kN/m değerine artan doğrusal değişen bir yük ile duvardan 4 m uzaklıkta bir P tekil yükü taşır. Duvardaki tepki momentinin büyüklüğü MA değerini bulun.

L = 5 mw0 = 6 kN/mP = 55 kN @ 4 m
MA = kN·m
5.Kafes: düğüm yöntemiOrta
ABBCACACB45 kN6 m5 m2 m

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

açıklık = 6 myükseklik = 2 mB, A’dan 5 m uzaktadüşey yük = 45 kN
FBC = kN
6.Kafes: düğüm yöntemiZor
ABBCACACB35 kN10 kN5 m1 m4 m

AC çubuğundaki FAC kuvvetini düğüm yöntemiyle bulun. Çekmeyi pozitif, basıncı negatif verin.

açıklık = 5 myükseklik = 4 mB, A’dan 1 m uzaktadüşey yük = 35 kNyatay yük = 10 kN →
FAC = kN
7.Çerçeveler ve makinelerOrta
5 kN4,8 m0,6 m1,8 m0,96 mABCDEK

Gösterilen A çerçevesi, birbirinden 4,8 m uzaktaki A pimi ve B makarası üzerinde duruyor; tepe pimi C 2,4 m yüksekte, yatay DE bağı ise zeminden 0,6 m yukarıda. AC bacağına, A’dan (yatayda) 0,96 m uzaktaki K noktasında 5 kN’luk düşey bir yük etkiyor. Bağdaki çekme kuvvetini T bulun.

P = 5 kNAB = 4,8 mC’nin yüksekliği = 2,4 mDE’nin yüksekliği = 0,6 mA’dan K’ya yatay uzaklık = 0,96 m
T = kN
8.Çerçeveler ve makinelerZor
10 kN4 m0,8 m2,8 m1,5 mABCDEK

Gösterilen A çerçevesi, birbirinden 4 m uzaktaki A pimi ve B makarası üzerinde duruyor; tepe pimi C 3,6 m yüksekte, yatay DE bağı ise zeminden 0,8 m yukarıda. AC bacağına, A’dan (yatayda) 1,5 m uzaktaki K noktasında 10 kN’luk düşey bir yük etkiyor. C pimi’nin BC bacağına uyguladığı kuvvetin büyüklüğünü C bulun.

P = 10 kNAB = 4 mC’nin yüksekliği = 3,6 mDE’nin yüksekliği = 0,8 mA’dan K’ya yatay uzaklık = 1,5 m
C = kN
9.Kesme kuvveti ve eğilme momentiOrta
w = 8 kN/mABkesit4 m6 m

A mesnedinden x = 4 m uzaklıktaki kesitte eğilme momenti Mx değerini bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.

L = 10 mw = 8 kN/m, 0 ile 10 m arasındax = 4 m
Mx = kN·m
10.Kesme kuvveti ve eğilme momentiZor
w = 6 kN/mP = 40 kNABkesit3,5 m2,5 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 = 6 mP = 40 kN @ 3,5 mw = 6 kN/m, 0 ile 6 m arasındax = 3,5 m
Mx = kN·m
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
1602401214xboyutlar mm cinsinden

Simetrik bir I kesitin başlıkları 160 mm genişliğinde ve 12 mm kalınlığında, toplam yüksekliği 240 mm ve gövdesi 14 mm kalınlığındadır. Yatay ağırlık merkezi ekseni x’e göre eğilme için elastik kesit modülü Sx değerini bulun.

B = 160 mmH = 240 mmtf = 12 mmtw = 14 mm
Sx = × 10³ mm³
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
1801026020xM = 15 kN·mboyutlar mm cinsinden

T kesit, başlığı üstte olacak şekilde kiriş olarak kullanılıyor ve 15 kN·m pozitif eğilme momenti taşıyor. Üst kenardaki eğilme gerilmesi σüst değerinin büyüklüğünü bulun.

bf = 180 mmtf = 10 mmtw = 20 mmhw = 260 mmM = 15 kN·m
σüst = MPa

3Çözeltiler

1.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: compb a = −8,558

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

a·b = (−1)·2 + 5·(−5) + 7·(−6) = −69

b’nin uzunluğu

|b| = √(2² + (−5)² + (−6)²) = 8,062

Skaler izdüşüm

compb a = a·b/|b| = −69/8,062 = −8,558

Cevap

compb a = −8,558

Negatif: a’nın b’ye ters yönde bir bileşeni vardır.

2.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: V = 44

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 b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = (−4)·(−5) − (−4)·0 = 20
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−4)·3 − (−4)·(−5) = −32
(b × c)z = bxcy − bycx = (−4)·0 − (−4)·3 = 12

a ile skaler çarpım

a·(b × c) = 2·20 + (−2)·(−32) + (−5)·12 = 44
V = |44| = 44

Cevap

V = 44
3.Kiriş mesnet tepkileri

Cevap: MA = 1050 kN·m

Konsol dengesi: ankastre mesnet hem yukarı itebilir hem de dönmeye karşı koyabilir, bu yüzden düşey bir RA tepkisi ve bir MA tepki momenti verir. ΣFy = 0, RA’yı; duvara göre momentler MA = Σ(yük × duvara uzaklık) değerini verir. Yayılı yük, yük diyagramının ağırlık merkezinde bileşkesi olarak etkir.

Yayılı yükün bileşkesi

W = 10·10 = 100 kN, x̄ = 5 m

Duvara göre moment

MA = P·a + W·x̄ = 55·10 + 100·5 = 1050 kN·m

Cevap

MA = 1050 kN·m
4.Kiriş mesnet tepkileri

Cevap: MA = 270 kN·m

Konsol dengesi: ankastre mesnet hem yukarı itebilir hem de dönmeye karşı koyabilir, bu yüzden düşey bir RA tepkisi ve bir MA tepki momenti verir. ΣFy = 0, RA’yı; duvara göre momentler MA = Σ(yük × duvara uzaklık) değerini verir. Yayılı yük, yük diyagramının ağırlık merkezinde bileşkesi olarak etkir.

Üçgen yükün bileşkesi

W = ½·6·5 = 15 kN
x̄ = 2L/3 = 3,333 m

Duvara göre moment

MA = W·x̄ + P·a = 15·3,333 + 55·4 = 270 kN·m

Cevap

MA = 270 kN·m
5.Kafes: düğüm yöntemi

Cevap: FBC = −41,93 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.

ABBCACACB45 kNAy​Cy​

Mesnet tepkileri

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

ΣMA = 0: Cy·6 = 45·5 → Cy = 37,5 kN
ΣFy = 0: Ay = 45 − 37,5 = 7,5 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 = 2/2,236 = 0,8944, cos γ = 1/2,236 = 0,4472
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −37,5/0,8944 = −41,93 kN

Cevap

FBC = −41,93 kN (basınç)
6.Kafes: düğüm yöntemi

Cevap: FAC = 15 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.

ABBCACACB35 kN10 kNAy​Cy​Ax​

Mesnet tepkileri

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

ΣMA = 0: Cy·5 = 35·1 + 10·4 → Cy = 15 kN
ΣFy = 0: Ay = 35 − 15 = 20 kN
ΣFx = 0: Ax = −10 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 = 4/5,657 = 0,7071, cos γ = 4/5,657 = 0,7071
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −15/0,7071 = −21,21 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(−21,21)·0,7071 = 15 kN

Cevap

FAC = 15 kN (çekme)
7.Çerçeveler ve makineler

Cevap: T = 1,333 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 = 5·0,96/4,8 = 1 kN

BC bacağı: C’ye göre momentler

1·2,4 = T·1,8
T = 1,333 kN

Cevap

T = 1,333 kN
8.Çerçeveler ve makineler

Cevap: C = 4,608 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.

B’deki mesnet tepkisi

By = 10·1,5/4 = 3,75 kN

Bağ kuvveti

T = 3,75·2/2,8 = 2,679 kN

BC üzerindeki pim kuvveti

Cx = 2,679 kN, Cy = −3,75 kN
C = √(2,679² + 3,75²) = 4,608 kN

Cevap

C = 4,608 kN
9.Kesme kuvveti ve eğilme momenti

Cevap: Mx = 96 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 = 8·10 = 80 kN, x̄ = 5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·10 = 8·10·5
RB = 400/10 = 40 kN
ΣFy = 0: RA = 80 − 40 = 40 kN
w = 8 kN/mABRA​ = 40RB​ = 40kesit4 m6 m

x = 4 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 = 40·4 − 8·4·2 = 96 kN·m

Cevap

Mx = 96 kN·m
10.Kesme kuvveti ve eğilme momenti

Cevap: Mx = 84,58 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 = 6·6 = 36 kN, x̄ = 3 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·6 = 40·3,5 + 6·6·3
RB = 248/6 = 41,33 kN
ΣFy = 0: RA = 76 − 41,33 = 34,67 kN
w = 6 kN/mP = 40 kNABRA​ = 34,67RB​ = 41,33kesit3,5 m2,5 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 = 34,67·3,5 − 6·3,5·1,75 = 84,58 kN·m

Cevap

Mx = 84,58 kN·m
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti

Cevap: Sx = 514,2 × 10³ mm³

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.

Dış dikdörtgen eksi iki yan boşluk

İki boşluk birlikte (B − tw) genişliğinde ve hw = H − 2tf yüksekliğindedir ve x eksenini paylaşır.

hw = 240 − 2·12 = 216 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (160·240³ − 146·216³)/12
Ix = 6,171 × 10⁷ mm⁴

Kesit modülü

c = H/2 = 120 mm
Sx = I/c = 6,171 × 10⁷/120
Sx = 514234 mm³ = 514,2 × 10³ mm³

Cevap

Sx = 514,2 × 10³ mm³
12.Ağırlık merkezi ve atalet momenti

Cevap: σüst = 29,42 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 = 180·10 = 1800 mm², yf = 260 + 10/2 = 265 mm
gövde: Aw = 20·260 = 5200 mm², yw = 260/2 = 130 mm

Ağırlık merkezi

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (1800·265 + 5200·130)/7000 = 164,7 mm

Paralel eksen teoremi

başlık: 180·10³/12 + 1800·(265 − 164,7)² = 1,812 × 10⁷ mm⁴
gövde: 20·260³/12 + 5200·(130 − 164,7)² = 3,556 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1,812 × 10⁷ + 3,556 × 10⁷ = 5,368 × 10⁷ mm⁴

Eğilme gerilmesi

Üst kenar eksenden h − ȳ uzaklıktadır.

y = 270 − 164,7 = 105,3 mm
σ = M·y/I = 1,5 × 10⁷·105,3/5,368 × 10⁷ = 29,42 MPa

Cevap

σüst = 29,42 MPa

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics