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, −4, 4) ve b = (5, 4, 4) vektörleri arasındaki θ açısını derece cinsinden bulun.

a = (−2, −4, 4)b = (5, 4, 4)
θ = °
2.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımZor
xyzab

n̂ birim vektörü hem a = (−4, −1, −5) hem de b = (−3, 2, 2) vektörüne diktir ve pozitif z bileşenine sahiptir. Onun x bileşenini n̂x bulun.

a = (−4, −1, −5)b = (−3, 2, 2)n̂z > 0
n̂x =
3.Kiriş mesnet tepkileriOrta
P1​ = 50 kNP2​ = 10 kNABCRB​ = ?3 m3 m4 m

Kirişin A’da sabit mafsalı ve A’dan 6 m uzaklıkta B’de kayıcı mesnedi var; B’den serbest uç C’ye kadar çıkma yapar. Yukarıyı pozitif alarak düşey tepki RB değerini bulun.

AB = 6 mAC = 10 mP1 = 50 kN @ 3 mP2 = 10 kN @ 10 m
RB = kN
4.Kiriş mesnet tepkileriZor
w = 10 kN/mP = 50 kNABRA​RB​ = ?1 m1 m2 m2 m

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

L = 6 mP = 50 kN @ 4 mw = 10 kN/m, 1 ile 2 m arasında
RB = kN
5.Kafes: düğüm yöntemiOrta
ABBCACACB25 kN5 m1 m3 m

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

açıklık = 5 myükseklik = 3 mB, A’dan 1 m uzaktadüşey yük = 25 kN
FAB = kN
6.Kafes: düğüm yöntemiZor
ABBCACACB30 kN10 kN5 m4 m4 m

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

açıklık = 5 myükseklik = 4 mB, A’dan 4 m uzaktadüşey yük = 30 kNyatay yük = 10 kN ←
FAB = kN
7.Çerçeveler ve makinelerOrta
400 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 400 N’luk aşağı yönlü bir kuvvet uygulanır. C kızağı bir iş parçasına bastırır. Sürtünmeyi ve ağırlıkları yok sayarak yatay sıkma kuvvetini Q bulun.

F = 400 Nθ = 10°
Q = N
8.Çerçeveler ve makinelerZor
F = ?2000 N25 mmABC

Bir mafsallı pres, pimler arasında her biri 200 mm uzunluğunda iki eşit AB ve BC bağlantı elemanına sahiptir. B bağlantısı AC doğrusunun 25 mm üzerindedir. B’deki hangi aşağı yönlü kuvvet F, C kızağında 2000 N’luk yatay bir presleme kuvveti üretir? Sürtünmeyi ve ağırlıkları yok sayın.

Q = 2000 NAB = BC = 200 mmh = 25 mm
F = N
9.Kesme kuvveti ve eğilme momentiOrta
w = 4 kN/mP = 65 kNABkesit2 m0,5 m

Konsol kiriş A’da ankastredir. Tüm boyunca düzgün yayılı w yükünü ve A’dan 2,5 m uzaklıkta P tekil yükünü taşır. Eğilme momenti Mx değerini A ankastre mesnedinden x = 2 m uzaklıktaki kesitte bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.

L = 2,5 mP = 65 kN @ 2,5 mw = 4 kN/m, 0 ile 2,5 m arasındax = 2 m
Mx = kN·m
10.Kesme kuvveti ve eğilme momentiZor
w = 4 kN/mP = 55 kNABkesit3 m0,5 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 = 55 kN @ 3 mw = 4 kN/m, 0 ile 6 m arasındax = 3,5 m
Mx = kN·m
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
100 mm150 mm60 mmØ30xIx​ = ?

100 mm × 150 mm boyutlarındaki bir levhada, düşey merkez çizgisi üzerinde, merkezi alttan 60 mm yukarıda olan 30 mm çaplı dairesel bir delik var. Ağırlık merkezinden geçen yatay eksene göre atalet momentini Ix bulun.

b = 100 mmh = 150 mmd = 30 mmdelik merkezi: y = 60 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
1001020020xM = 10 kN·mboyutlar mm cinsinden

T kesit, başlığı üstte olacak şekilde kiriş olarak kullanılıyor ve 10 kN·m pozitif eğilme momenti taşıyor. Üst kenardaki eğilme gerilmesi σüst değerinin büyüklüğünü bulun.

bf = 100 mmtf = 10 mmtw = 20 mmhw = 200 mmM = 10 kN·m
σüst = MPa

3Çözeltiler

1.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: θ = 102,8 °

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 = (−2)·5 + (−4)·4 + 4·4 = −10

Büyüklükler

|a| = √((−2)² + (−4)² + 4²) = 6
|b| = √(5² + 4² + 4²) = 7,55

Açı

cos θ = −10/(6·7,55) = −0,2208
θ = arccos(−0,2208) = 102,8°

Cevap

θ = 102,8°
2.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: n̂x = −0,2994

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

(a × b)x = aybz − azby = (−1)·2 − (−5)·2 = 8
(a × b)y = azbx − axbz = (−5)·(−3) − (−4)·2 = 23
(a × b)z = axby − aybx = (−4)·2 − (−1)·(−3) = −11

Normalleştirin

a × b’nin z bileşeni negatiftir, bu yüzden −(a × b) kullanın.

|a × b| = √(8² + 23² + (−11)²) = 26,72
n̂ = −(8, 23, −11)/26,72 = (−0,2994, −0,8608, 0,4117)
n̂x = −0,2994

Cevap

n̂x = −0,2994
3.Kiriş mesnet tepkileri

Cevap: RB = 41,67 kN

Statik denge: durgun bir cisim için ΣFx = 0, ΣFy = 0 ve herhangi bir noktaya göre ΣM = 0’dır. Her yayılı yükü, yük diyagramının ağırlık merkezinde etkiyen bileşkesiyle (alanıyla) değiştirin ve o mesnedin tepkisini denklemden çıkarmak için bir mesnede göre moment alın.

A’ya göre momentler

Saat yönünün tersi pozitif.

ΣMA = 0: RB·6 = 50·3 + 10·10
RB = 250/6 = 41,67 kN

Düşey denge

RA = 50 + 10 − 41,67 = 18,33 kN

Cevap

RB = 41,67 kN
4.Kiriş mesnet tepkileri

Cevap: RB = 35,83 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 = 10 kN/mP = 50 kNABRA​RB​1 m1 m2 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 = 10·1 = 10 kN, x̄ = 1,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·6 = 50·4 + 10·1·1,5
RB = 215/6 = 35,83 kN
ΣFy = 0: RA = 60 − 35,83 = 24,17 kN

Cevap

RB = 35,83 kN
5.Kafes: düğüm yöntemi

Cevap: FAB = −21,08 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.

ABBCACACB25 kNAy​Cy​

Mesnet tepkileri

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

ΣMA = 0: Cy·5 = 25·1 → Cy = 5 kN
ΣFy = 0: Ay = 25 − 5 = 20 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 = −20/0,9487 = −21,08 kN

Cevap

FAB = −21,08 kN (basınç)
6.Kafes: düğüm yöntemi

Cevap: FAB = −19,8 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 kN10 kNAy​Cy​Ax​

Mesnet tepkileri

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

ΣMA = 0: Cy·5 = 30·4 − 10·4 → Cy = 16 kN
ΣFy = 0: Ay = 30 − 16 = 14 kN
ΣFx = 0: Ax = 10 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 = −14/0,7071 = −19,8 kN

Cevap

FAB = −19,8 kN (basınç)
7.Çerçeveler ve makineler

Cevap: Q = 1134 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° = 400
Flink = 1152 N

Sıkma kuvveti

Q = Flink·cos 10° = 400/(2·tan 10°) = 1134 N

Cevap

Q = 1134 N

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

8.Çerçeveler ve makineler

Cevap: F = 504 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 = 25/200 = 0,125, θ = 7,181°

Bağlantı elemanı kuvveti

Flink = Q/cos θ = 2016 N

B’deki kuvvet

F = 2·Flink·sin θ = 2·2000·tan θ = 504 N

Cevap

F = 504 N
9.Kesme kuvveti ve eğilme momenti

Cevap: Mx = −33 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: −65·0,5 = −32,5 kN·m
w: −4·0,5²/2 = −0,5 kN·m
Mx = −32,5 − 0,5 = −33 kN·m

Cevap

Mx = −33 kN·m

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

10.Kesme kuvveti ve eğilme momenti

Cevap: Mx = 86,25 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.

Mesnet tepkileri

Tüm kirişin dengesi.

Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 4·6 = 24 kN, x̄ = 3 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·6 = 55·3 + 4·6·3
RB = 237/6 = 39,5 kN
ΣFy = 0: RA = 79 − 39,5 = 39,5 kN
w = 4 kN/mP = 55 kNABRA​ = 39,5RB​ = 39,5kesit3 m0,5 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 = 39,5·3,5 − 55·(3,5 − 3) − 4·3,5·1,75 = 86,25 kN·m

Cevap

Mx = 86,25 kN·m
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti

Cevap: Ix = 27,92 × 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 = (15000·75 − 706,9·60)/(15000 − 706,9) = 75,74 mm

Tam levha, ȳ’ye göre

100·150³/12 + 15000·−0,7418² = 28,13 × 10⁶ mm⁴

Delik, ȳ’ye göre

π·30⁴/64 + 706,9·−15,74² = 0,2149 × 10⁶ mm⁴

Çıkarın

Ix = 27,92 × 10⁶ mm⁴

Cevap

Ix = 27,92 × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momenti

Cevap: σüst = 40,16 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 = 100·10 = 1000 mm², yf = 200 + 10/2 = 205 mm
gövde: Aw = 20·200 = 4000 mm², yw = 200/2 = 100 mm

Ağırlık merkezi

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (1000·205 + 4000·100)/5000 = 121 mm

Paralel eksen teoremi

başlık: 100·10³/12 + 1000·(205 − 121)² = 7,064 × 10⁶ mm⁴
gövde: 20·200³/12 + 4000·(100 − 121)² = 1,51 × 10⁷ mm⁴
Ix = 7,064 × 10⁶ + 1,51 × 10⁷ = 2,216 × 10⁷ mm⁴

Eğilme gerilmesi

Üst kenar eksenden h − ȳ uzaklıktadır.

y = 210 − 121 = 89 mm
σ = M·y/I = 1 × 10⁷·89/2,216 × 10⁷ = 40,16 MPa

Cevap

σüst = 40,16 MPa

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics