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

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

F = (50, −60, 10) N kuvveti A(4, −4, 4) noktasına etki ediyor. Koordinatlar metre cinsindendir. Kuvvetin O(0, 1, −1) noktası noktasına göre momentinin büyüklüğünü |M| bulun.

F = (50, −60, 10) NA(4, −4, 4) mO(0, 1, −1) m
|M| = N·m
3.Kiriş mesnet tepkileriOrta
P1​ = 50 kNP2​ = 15 kNABRA​RB​ = ?1,5 m1,5 m1 m

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

L = 4 mP1 = 50 kN @ 1,5 mP2 = 15 kN @ 3 m
RB = kN
4.Kiriş mesnet tepkileriZor
w = 6 kN/mP = 30 kNABRA​ = ?RB​6 m3 m1 m

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

L = 10 mP = 30 kN @ 9 mw = 6 kN/m, 0 ile 6 m arasında
RA = kN
5.Kafes: düğüm yöntemiOrta
ABBCACACB35 kN6 m2 m4 m

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

açıklık = 6 myükseklik = 4 mB, A’dan 2 m uzaktadüşey yük = 35 kN
FBC = kN
6.Kafes: düğüm yöntemiZor
ABBCACACB30 kN20 kN6 m4 m4 m

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

açıklık = 6 myükseklik = 4 mB, A’dan 4 m uzaktadüşey yük = 30 kNyatay yük = 20 kN →
FAB = kN
7.Çerçeveler ve makinelerOrta
OAB300 NQ120 mm150 mmFO​ = ?

Gösterilen dirsekli kol O pimi etrafında dönüyor. A’daki (120 mm O’dan) 300 N’luk düşey bir kuvvet, B’deki (O’nun 150 mm üzerinde) yatay bir kuvvetle dengeleniyor. Pim tepkisinin büyüklüğünü FO bulun.

F = 300 NOA = 120 mmOB = 150 mm
FO = N
8.Çerçeveler ve makinelerZor
F = ?4000 N30 mmABC

Bir mafsallı pres, pimler arasında her biri 100 mm uzunluğunda iki eşit AB ve BC bağlantı elemanına sahiptir. B bağlantısı AC doğrusunun 30 mm üzerindedir. B’deki hangi aşağı yönlü kuvvet F, C kızağında 4000 N’luk yatay bir presleme kuvveti üretir? Sürtünmeyi ve ağırlıkları yok sayın.

Q = 4000 NAB = BC = 100 mmh = 30 mm
F = N
9.Kesme kuvveti ve eğilme momentiOrta
M0​ = 15 kN·mAB3,5 m1,5 m

Basit mesnetli kiriş, A’dan x = 3,5 m uzaklıkta saat yönünde M0 = 15 kN·m kuvvet çifti taşır; başka yük yoktur. Kuvvet çiftinin hemen solundaki eğilme momenti Mx değerini bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.

L = 5 mM0 = 15 kN·m saat yönünde, konumu 3,5 m
Mx = kN·m
10.Kesme kuvveti ve eğilme momentiZor
w = 10 kN/mP = 20 kNAB1,5 m4,5 m

Basit mesnetli kiriş tüm açıklık boyunca düzgün yayılı w yükü ve bir P tekil yükü taşır. Kirişteki en büyük eğilme momenti Mmax değerini bulun.

L = 6 mP = 20 kN @ 1,5 mw = 10 kN/m, 0 ile 6 m arasında
Mmax = kN·m
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
120 mm200 mm120 mmØ60xIx​ = ?

120 mm × 200 mm boyutlarındaki bir levhada, düşey merkez çizgisi üzerinde, merkezi alttan 120 mm yukarıda olan 60 mm çaplı dairesel bir delik var. Ağırlık merkezinden geçen yatay eksene göre atalet momentini Ix bulun.

b = 120 mmh = 200 mmd = 60 mmdelik merkezi: y = 120 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
120 mm150 mm90 mm30 × 20xIx​ = ?

120 mm × 150 mm boyutlarındaki bir levhada, 30 mm genişliğinde ve 20 mm yüksekliğinde, düşey merkez çizgisine ortalanmış ve merkezi alttan 90 mm yukarıda olan dikdörtgen bir kesik var. Ağırlık merkezinden geçen yatay eksene göre atalet momentini Ix bulun.

b = 120 mmh = 150 mmkesik: 30 × 20 mmdelik merkezi: y = 90 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴

3Çözeltiler

1.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: compb a = 4,445

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 = (−6)·(−5) + (−2)·(−6) + (−7)·1 = 35

b’nin uzunluğu

|b| = √((−5)² + (−6)² + 1²) = 7,874

Skaler izdüşüm

compb a = a·b/|b| = 35/7,874 = 4,445

Cevap

compb a = 4,445
2.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: |M| = 326,6 N·m

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.

O’dan A’ya konum vektörü

r = A − O = (4, −4, 4) − (0, 1, −1) = (4, −5, 5) m

Moment M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = (−5)·10 − 5·(−60) = 250 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = 5·50 − 4·10 = 210 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = 4·(−60) − (−5)·50 = 10 N·m

Büyüklük

|M| = √(250² + 210² + 10²) = 326,6 N·m

Cevap

|M| = 326,6 N·m
3.Kiriş mesnet tepkileri

Cevap: RB = 30 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​ = 50 kNP2​ = 15 kNABRA​RB​1,5 m1,5 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·4 = 50·1,5 + 15·3
RB = 120/4 = 30 kN
ΣFy = 0: RA = 65 − 30 = 35 kN

Cevap

RB = 30 kN
4.Kiriş mesnet tepkileri

Cevap: RA = 28,2 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 = 6 kN/mP = 30 kNABRA​RB​6 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 = 6·6 = 36 kN, x̄ = 3 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·10 = 30·9 + 6·6·3
RB = 378/10 = 37,8 kN
ΣFy = 0: RA = 66 − 37,8 = 28,2 kN

Cevap

RA = 28,2 kN
5.Kafes: düğüm yöntemi

Cevap: FBC = −16,5 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.

ABBCACACB35 kNAy​Cy​

Mesnet tepkileri

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

ΣMA = 0: Cy·6 = 35·2 → Cy = 11,67 kN
ΣFy = 0: Ay = 35 − 11,67 = 23,33 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 = −11,67/0,7071 = −16,5 kN

Cevap

FBC = −16,5 kN (basınç)
6.Kafes: düğüm yöntemi

Cevap: FAB = 4,714 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.

ABBCACACB30 kN20 kNAy​Cy​Ax​

Mesnet tepkileri

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

ΣMA = 0: Cy·6 = 30·4 + 20·4 → Cy = 33,33 kN
ΣFy = 0: Ay = 30 − 33,33 = −3,333 kN
ΣFx = 0: Ax = −20 kN

A düğümü

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

sin α = 4/5,657 = 0,7071
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −−3,333/0,7071 = 4,714 kN

Cevap

FAB = 4,714 kN (çekme)
7.Çerçeveler ve makineler

Cevap: FO = 384,2 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’deki kuvvet

Q = 300·120/150 = 240 N

Pim tepkisi

Ox = 240 N, Oy = 300 N
FO = √(240² + 300²) = 384,2 N

Cevap

FO = 384,2 N
8.Çerçeveler ve makineler

Cevap: F = 2516 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.

Bağlantı elemanı açısı

sin θ = 30/100 = 0,3, θ = 17,46°

Bağlantı elemanı kuvveti

Flink = Q/cos θ = 4193 N

B’deki kuvvet

F = 2·Flink·sin θ = 2·4000·tan θ = 2516 N

Cevap

F = 2516 N
9.Kesme kuvveti ve eğilme momenti

Cevap: Mx = −10,5 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. 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 = 15/5 = 3 kN (yukarı)
RA = −RB = −3 kN (aşağı)

Kuvvet çiftinin hemen solundan kesin

Sol parça yalnızca RA’yı içerir.

Mx = RA·a = −3·3,5 = −10,5 kN·m

Cevap

Mx = −10,5 kN·m
10.Kesme kuvveti ve eğilme momenti

Cevap: Mmax = 61,25 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. En büyük moment: dM/dx = V olduğundan eğilme momenti, kesme kuvvetinin sıfırdan geçtiği yerde, yani ya bir tekil yükte ya da yayılı yükün içinde en büyük değerine ulaşır.

Mesnet tepkileri

Tüm kirişin dengesi.

Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 10·6 = 60 kN, x̄ = 3 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·6 = 20·1,5 + 10·6·3
RB = 210/6 = 35 kN
ΣFy = 0: RA = 80 − 35 = 45 kN

V = 0 nerede?

RA − P − w·x0 = 0 → x0 = (45 − 20)/10 = 2,5 m

En büyük moment

Mmax = RA·x0 − P·(x0 − 1,5) − w·x0²/2 = 61,25 kN·m

Cevap

Mmax = 61,25 kN·m

A’dan x = 2,5 m uzaklıkta oluşur.

11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti

Cevap: Ix = 78,08 × 10⁶ mm⁴

Delikli kesitler: bir deliği negatif alan sayın. Ağırlık merkezi ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂)’dir; A₁, y₁ tam levha için, A₂, y₂ delik içindir. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti için her parçaya paralel eksen teoremini uygulayın ve deliği çıkarın: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²); burada d, her parçanın kendi ağırlık merkezinden ȳ’den geçen eksene olan uzaklıktır. Bir dikdörtgenin Ic = bh³/12, bir dairenin Ic = πd⁴/64’tür.

Ağırlık merkezi

ȳ = (24000·100 − 2827·120)/(24000 − 2827) = 97,33 mm

Tam levha, ȳ’ye göre

120·200³/12 + 24000·2,671² = 80,17 × 10⁶ mm⁴

Delik, ȳ’ye göre

π·60⁴/64 + 2827·22,67² = 2,089 × 10⁶ mm⁴

Çıkarın

Ix = 78,08 × 10⁶ mm⁴

Cevap

Ix = 78,08 × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momenti

Cevap: Ix = 33,59 × 10⁶ mm⁴

Delikli kesitler: bir deliği negatif alan sayın. Ağırlık merkezi ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂)’dir; A₁, y₁ tam levha için, A₂, y₂ delik içindir. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti için her parçaya paralel eksen teoremini uygulayın ve deliği çıkarın: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²); burada d, her parçanın kendi ağırlık merkezinden ȳ’den geçen eksene olan uzaklıktır. Bir dikdörtgenin Ic = bh³/12, bir dairenin Ic = πd⁴/64’tür.

Ağırlık merkezi

ȳ = (18000·75 − 600·90)/(18000 − 600) = 74,48 mm

Tam levha, ȳ’ye göre

120·150³/12 + 18000·0,5172² = 33,75 × 10⁶ mm⁴

Delik, ȳ’ye göre

30·20³/12 + 600·15,52² = 0,1645 × 10⁶ mm⁴

Çıkarın

Ix = 33,59 × 10⁶ mm⁴

Cevap

Ix = 33,59 × 10⁶ mm⁴

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics