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
Her vektörü bileşenleriyle yazın; büyüklük ve açıyla verilen bir kuvvet için F·cos θ ve F·sin θ kullanın.
Uzunluklar ve doğrultular için √(x² + y² + z²) büyüklüğünü ve a/|a| birim vektörünü kullanın.
Açılar, izdüşümler, diklik ve iş için skaler çarpımı kullanın: a·b = |a||b|cos θ.
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
Serbest cisim diyagramı çizin ve her mesneti tepkileriyle değiştirin.
Her yayılı yükü ağırlık merkezine etkiyen tek bir kuvvetle değiştirin.
Diğer mesnetteki tepkiyi bulmak için bir mesnete göre moment alın.
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
Tüm kafes sistemin mesnet tepkilerini bulun.
Düğüm noktaları yöntemi: en fazla iki bilinmeyen çubuk kuvveti olan bir düğümden başlayın ve ΣFx = 0 ile ΣFy = 0 kullanın.
Kesim yöntemi: gereken çubuktan kesin ve diğer bilinmeyen çubukların kesiştiği bir noktaya göre moment alın.
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
Tüm yapının şemasını çizin ve bilinmeyen sayısı üçü geçmiyorsa mesnet tepkilerini bulun.
İki kuvvet elemanlarını belirleyin: yalnızca iki pimden yüklenen elemanlarda kuvvet, pimler arasındaki doğru boyunca etkir.
Çerçeveyi parçalarına ayırın ve her elemanı tek başına çizin; elemanların birleştiği yerlerde pim kuvvetleri eşit ve zıt yönlü olsun.
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
Mesnet tepkilerini tüm kirişin dengesinden bulun.
Kirişi gereken kesitten kesin ve bir tarafı tutun.
Kesme kuvveti: o taraftaki düşey kuvvetlerin toplamı. Eğilme momenti: bunların kesite göre momentlerinin toplamı.
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
Sabit bir F = (25, −30, −30) N kuvveti, bir cisme A(−1, 4, −1) noktasından B(2, −3, −5) noktasına doğrusal hareket ederken etki ediyor. Koordinatlar metre cinsindendir. Kuvvetin yaptığı işi W bulun.
F = (25, −30, −30) NA(−1, 4, −1) mB(2, −3, −5) m
W = J
2.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımZor
n̂ birim vektörü hem a = (4, −1, −3) hem de b = (4, 2, −5) vektörüne diktir ve pozitif z bileşenine sahiptir. Onun x bileşenini n̂x bulun.
a = (4, −1, −3)b = (4, 2, −5)n̂z > 0
n̂x =
3.Kiriş mesnet tepkileriOrta
Basit mesnetli kirişin A’da sabit mafsalı, B’de kayıcı mesnedi var. Düşey mesnet tepkisi RA değerini bulun.
L = 4 mP1 = 50 kN @ 1,5 mP2 = 55 kN @ 2,5 m
RA = kN
4.Kiriş mesnet tepkileriZor
Basit mesnetli kirişin A’da sabit mafsalı, B’de kayıcı mesnedi var. Düşey mesnet tepkisi RA değerini bulun.
L = 4 mP = 25 kN @ 3 mw = 3 kN/m, 1 ile 2 m arasında
RA = kN
5.Kafes: düğüm yöntemiOrta
AB çubuğundaki FAB kuvvetini düğüm yöntemiyle bulun. Çekmeyi pozitif, basıncı negatif verin.
açıklık = 5 myükseklik = 3 mB, A’dan 3 m uzaktadüşey yük = 15 kN
FAB = kN
6.Kafes: düğüm yöntemiZor
AB çubuğundaki FAB kuvvetini düğüm yöntemiyle bulun. Çekmeyi pozitif, basıncı negatif verin.
açıklık = 4 myükseklik = 3 mB, A’dan 3 m uzaktadüşey yük = 15 kNyatay yük = 25 kN ←
FAB = kN
7.Çerçeveler ve makinelerOrta
Gösterilen dirsekli kol O pimi etrafında dönüyor. A’daki (200 mm O’dan) 80 N’luk düşey bir kuvvet, B’deki (O’nun 100 mm üzerinde) yatay bir kuvvetle dengeleniyor. Pim tepkisinin büyüklüğünü FO bulun.
F = 80 NOA = 200 mmOB = 100 mm
FO = N
8.Çerçeveler ve makinelerZor
Gösterilen A çerçevesi, birbirinden 4 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 = 4 mC’nin yüksekliği = 3,6 mDE’nin yüksekliği = 1,8 m
T = kN
9.Kesme kuvveti ve eğilme momentiOrta
A mesnedinden x = 4,5 m uzaklıktaki kesitte kesme kuvveti Vx değerini bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.
L = 10 mw = 6 kN/m, 0 ile 10 m arasındax = 4,5 m
Vx = kN
10.Kesme kuvveti ve eğilme momentiZor
A mesnedinden x = 1,5 m uzaklıktaki kesitte eğilme momenti Mx değerini bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.
L = 5 mP = 45 kN @ 1,5 mw = 12 kN/m, 0 ile 5 m arasındax = 1,5 m
Mx = kN·m
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
Bir U kesit açık tarafı yukarıda duruyor: 260 mm genişliğinde bir taban levhası ve toplam 60 mm yüksekliğinde iki dik kol. Taban ve kolların hepsi 12 mm kalınlığındadır. Ağırlık merkezinin alt kenardan yüksekliği ȳ değerini bulun.
b = 260 mmh = 60 mmt = 12 mm
ȳ = mm
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
Bir dökme demir kiriş, başlığı üstte olan şekildeki T kesite sahiptir. Emniyet gerilmeleri çekmede 40 MPa, basınçta 90 MPa’tür. Kirişin taşıyabileceği en büyük pozitif eğilme momenti Mallow değerini bulun.
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.
Yer değiştirme
d = B − A = (2, −3, −5) − (−1, 4, −1) = (3, −7, −4) m
İş
W = F·d = 25·3 + (−30)·(−7) + (−30)·(−4) = 405 J
Cevap
W = 405 J
2.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım
Cevap: n̂x = 0,6064
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.
Vektörel çarpım
(a × b)x = aybz − azby = (−1)·(−5) − (−3)·2 = 11
(a × b)y = azbx − axbz = (−3)·4 − 4·(−5) = 8
(a × b)z = axby − aybx = 4·2 − (−1)·4 = 12
Normalleştirin
a × b’nin z bileşeni zaten pozitiftir.
|a × b| = √(11² + 8² + 12²) = 18,14
n̂ = (11, 8, 12)/18,14 = (0,6064, 0,4411, 0,6616)
n̂x = 0,6064
Cevap
n̂x = 0,6064
3.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RA = 51,88 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.
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 + 55·2,5
RB = 212,5/4 = 53,13 kN
ΣFy = 0: RA = 105 − 53,13 = 51,88 kN
Cevap
RA = 51,88 kN
4.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RA = 8,125 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.
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 = 3·1 = 3 kN, x̄ = 1,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·4 = 25·3 + 3·1·1,5
RB = 79,5/4 = 19,88 kN
ΣFy = 0: RA = 28 − 19,88 = 8,125 kN
Cevap
RA = 8,125 kN
5.Kafes: düğüm yöntemi
Cevap: FAB = −8,485 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.
Mesnet tepkileri
Tüm kafesin dengesi. A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif.
ΣMA = 0: Cy·5 = 15·3 → Cy = 9 kN
ΣFy = 0: Ay = 15 − 9 = 6 kN
A düğümü
Her çubuğun çekmede olduğunu (düğümden dışarı çektiğini) varsayın. A’da yalnızca AB’nin düşey bileşeni var.
sin α = 3/4,243 = 0,7071
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −6/0,7071 = −8,485 kN
Cevap
FAB = −8,485 kN (basınç)
6.Kafes: düğüm yöntemi
Cevap: FAB = −31,82 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.
Mesnet tepkileri
Tüm kafesin dengesi. A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif.
ΣMA = 0: Cy·4 = 15·3 − 25·3 → Cy = −7,5 kN
ΣFy = 0: Ay = 15 − −7,5 = 22,5 kN
ΣFx = 0: Ax = 25 kN
A düğümü
Her çubuğun çekmede olduğunu (düğümden dışarı çektiğini) varsayın. A’da yalnızca AB’nin düşey bileşeni var.
sin α = 3/4,243 = 0,7071
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −22,5/0,7071 = −31,82 kN
Cevap
FAB = −31,82 kN (basınç)
7.Çerçeveler ve makineler
Cevap: FO = 178,9 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’deki kuvvet
Q = 80·200/100 = 160 N
Pim tepkisi
Ox = 160 N, Oy = 80 N
FO = √(160² + 80²) = 178,9 N
Cevap
FO = 178,9 N
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·4 = 12·3,6
By = 10,8 kN
BC bacağı: C’ye göre momentler
10,8·2 = 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: Vx = 3 kN
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 = 6·10 = 60 kN, x̄ = 5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·10 = 6·10·5
RB = 300/10 = 30 kN
ΣFy = 0: RA = 60 − 30 = 30 kN
x = 4,5 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.
V = RA − (kesitin solundaki tüm aşağı yükler)
Vx = 30 − 6·4,5 = 3 kN
Cevap
Vx = 3 kN
10.Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Cevap: Mx = 78,75 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 = 12·5 = 60 kN, x̄ = 2,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·5 = 45·1,5 + 12·5·2,5
RB = 217,5/5 = 43,5 kN
ΣFy = 0: RA = 105 − 43,5 = 61,5 kN
x = 1,5 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 = 61,5·1,5 − 12·1,5·0,75 = 78,75 kN·m
Cevap
Mx = 78,75 kN·m
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: ȳ = 14,09 mm
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.
Dikdörtgenlere ayırın
Tabanı tam genişlikte ve iki kolu onun üstünde (yükseklik h − t) alın; böylece hiçbir şey iki kez sayılmaz.
baz: A1 = 260·12 = 3120 mm², y1 = 6 mm
iki kol: A2 = 2·12·48 = 1152 mm², y2 = 12 + 48/2 = 36 mm
Ağırlık merkezi
ȳ = (3120·6 + 1152·36)/4272 = 14,09 mm
Cevap
ȳ = 14,09 mm
12.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Mallow = 9,272 kN·m
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.