A síkbeli Statika egyensúlyi egyenleteiről

Hasonló dokumentumok
Kiegészítés a három erő egyensúlyához

A K É T V É G É N A L Á T Á M A S Z T O T T T A R T Ó S T A T I K A I V IZS-

Felső végükön egymásra támaszkodó szarugerendák egyensúlya

Egymásra támaszkodó rudak

Síkbeli csuklós rúdnégyszög egyensúlya

Egy rugalmas megtámasztású tartóról

Végein függesztett rúd egyensúlyi helyzete. Az interneten találtuk az [ 1 ] munkát, benne az alábbi érdekes feladatot 1. ábra. Most erről lesz szó.

Függőleges koncentrált erőkkel csuklóin terhelt csuklós rúdlánc számításához

Egy érdekes statikai - geometriai feladat

A magától becsukódó ajtó működéséről


Egy általánosabb súrlódásos alapfeladat

Az igénybevételi függvényekről és ábrákról

Csuklós szerkezetek reakciói és igénybevételi ábrái. Frissítve: példa: A 12. gyakorlat 1. feladata.

T s 2 képezve a. cos q s 0; 2. Kötélstatika I. A síkbeli kötelek egyensúlyi egyenleteiről és azok néhány alkalmazásáról

Két körhenger általánosabban ( Alkalmazzuk a vektoralgebrát! ) 1. ábra

A ferde tartó megoszló terheléseiről

DEME FERENC okl. építőmérnök, mérnöktanár

Forgatónyomaték mérése I.

6. MECHANIKA-STATIKA GYAKORLAT Kidolgozta: Triesz Péter egy. ts. Négy erő egyensúlya, Culmann-szerkesztés, Ritter-számítás

6. MECHANIKA-STATIKA GYAKORLAT (kidolgozta: Triesz Péter, egy. ts.; Tarnai Gábor, mérnöktanár)

TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ STATIKA

Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

BME Gépészmérnöki Kar 3. vizsga (112A) Név: 1 Műszaki Mechanikai Tanszék január 11. Neptun: 2 Szilárdságtan Aláírás: 3

Az R forgató mátrix [ 1 ] - beli képleteinek levezetése: I. rész

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

Az M A vektor tehát a három vektori szorzat előjelhelyes összege:

X i = 0 F x + B x = 0. Y i = 0 A y F y + B y = 0. M A = 0 F y 3 + B y 7 = 0. B x = 200 N. B y =

Egy háromlábú állvány feladata. 1. ábra forrása:

Tető - feladat. Az interneten találtuk az [ 1 ] művet, benne az alábbi feladatot és végeredményeit ld. 1. ábra.

Fa rudak forgatása II.

Mechanika. I. előadás február 25. Mechanika I. előadás február / 31

Mozgatható térlefedő szerkezetek

X = 0 B x = 0. M B = A y 6 = 0. B x = 0 A y = 1000 B y = 400

A tűzfalakkal lezárt nyeregtető feladatához

Egy furcsa tartóról. A probléma felvetése. Adott az 1. ábra szerinti kéttámaszú tartó. 1. ábra

További adalékok a merőleges axonometriához

Négylábú asztal. 1. ábra

Egy újabb látószög - feladat

Egy forgáskúp metszéséről. Egy forgáskúpot az 1. ábra szerint helyeztünk el egy ( OXYZ ) derékszögű koordináta - rendszerben.

Példa: Tartó lehajlásfüggvényének meghatározása a Rayleigh Ritz-féle módszer segítségével

w u R. x 2 x w w u 2 u y y l ; x d y r ; x 2 x d d y r ; l 2 r 2 2 x w 2 x d w 2 u 2 d 2 2 u y ; x w u y l ; l r 2 x w 2 x d R d 2 u y ;

Egy sajátos ábrázolási feladatról

Két statikai feladat

Egy mozgástani feladat

Ellipszis átszelése. 1. ábra

Egy érdekes statikai feladat. Az interneten találtuk az [ 1 ] művet, benne az alábbi feladattal.

Néhány feladat a ferde helyzetű kéttámaszú tartók témaköréből

KERESZTMETSZETI JELLEMZŐK

A kör és ellipszis csavarmozgása során keletkező felületekről

Az ötszög keresztmetszetű élszarufa kis elmozdulásainak számításáról

Vonatablakon át. A szabadvezeték alakjának leírása. 1. ábra

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

Rácsos szerkezetek. Frissítve: Egy kis elmélet: vakrudak

Egy kinematikai feladat

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK TÉMAKÖRÖK

DEME FERENC okl. építőmérnök, mérnöktanár TARTÓK

A hordófelület síkmetszeteiről

Statika gyakorló teszt I.

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

1. ábra forrása: [ 1 ]

Rugalmas láncgörbe alapvető összefüggések és tudnivalók I. rész

A visszacsapó kilincs működéséről

Egy kérdés: merre folyik le az esővíz az úttestről? Ezt a kérdést az után tettük fel magunknak, hogy megláttuk az 1. ábrát.

Ellipszis vezérgörbéjű ferde kúp felszínének meghatározásához

Kocka perspektivikus ábrázolása. Bevezetés

Gyakorlati útmutató a Tartók statikája I. tárgyhoz. Fekete Ferenc. 5. gyakorlat. Széchenyi István Egyetem, 2015.

Szökőkút - feladat. 1. ábra. A fotók forrása:

Fénypont a falon Feladat

Néhány véges trigonometriai összegről. Határozzuk meg az alábbi véges összegek értékét!, ( 1 ) ( 2 )

Vontatás III. A feladat

Rugalmas megtámasztású merev test támaszreakcióinak meghatározása I. rész

Példa: Normálfeszültség eloszlása síkgörbe rúd esetén

Egy kötélstatikai alapfeladat megoldása másként

Az egyszeres feszítőmű erőjátékáról

A merőleges axonometria néhány régi - új összefüggéséről

Ismét a fahengeres keresztmetszetű gerenda témájáról. 1. ábra forrása: [ 1 ]

A lengőfűrészelésről

Forogj! Az [ 1 ] munkában találtunk egy feladatot, ami beindította a HD - készítési folyamatokat. Eredményei alább olvashatók. 1.

Az eltérő hajlású szarufák és a taréjszelemen kapcsolatáról 1. rész. Eltérő keresztmetszet - magasságú szarufák esete

ERŐRENDSZEREK EREDŐJÉNEK MEGHATÁROZÁSA

A főtengelyproblémához

Aszimmetrikus nyeregtető ~ feladat 2.

A Lenz - vektorról. Ha jól emlékszem, először [ 1 ] - ben találkoztam a címbeli fogalommal 1. ábra.

Két statikai alapfeladatról

A csavarvonal axonometrikus képéről

A konfokális és a nem - konfokális ellipszis - seregekről és ortogonális trajektóriáikról

Lépcső beemelése. Az interneten találkoztunk az [ 1 ] művel, benne az 1. ábrával.

Ehhez tekintsük a 2. ábrát is! A födém és a fal síkját tekintsük egy - egy koordinátasíknak, így a létra tömegközéppontjának koordinátái: ( 2 )

Az egyszeres rálapolásról

Az axonometrikus ábrázolás analitikus geometriai egyenleteinek másfajta levezetése. Bevezetés

A befogott tartóvég erőtani vizsgálatához II. rész

Az ötszög keresztmetszetű élszarufa keresztmetszeti jellemzőiről

A kötélsúrlódás képletének egy általánosításáról

A gúla ~ projekthez 2. rész

UTÓFESZÍTETT SZERKEZETEK TERVEZÉSI MÓDSZEREI

A mozgásmódszerről II.

t, u v. u v t A kúpra írt csavarvonalról I. rész

Érdekes geometriai számítások Téma: A kardáncsukló kinematikai alapegyenletének levezetése gömbháromszögtani alapon

Átírás:

1 A síkbeli Statika egyensúlyi egyenleteiről Statikai tanulmányaink egyik mérföldköve az egyensúlyi egyenletek belátása és sikeres alkalmazása. Most egy erre vonatkozó lehetséges tanulási / tanítási útvonalat vázolunk fel. Az alapgondolat kifejtése az alábbi 3 lépésben történik: ~ az egyensúlyi axióma alkalmazása; ~ a vetületi tétel alkalmazása; ~ a nyomatéki tétel alkalmazása. A részletezéshez tekintsük az 1. ábrát is! 1. ábra Itt az F 1 és F 2 vektorú legegyszerűbb egyensúlyi erőrendszert tüntettük fel. A Statika két erő eredőjéről szóló, valamint az egyensúlyi axiómájának megfelelően: ( 1 ) Ekkor ( 1 ) - ből: ( 2 ) Továbbá a vetületi tétel szerint: ( 3 ). ( 5 ) Ámde ( 6 ) ahol és j a koordináta - tengelyek menti egységvektorok.

2 Most ( 1 ), ( 3 ), ( 5 ) és ( 6 ) szerint: vagy ( 7 / 1 ) ( 7 / 2 ) Hasonlóan: vagy ( 8 / 1 ) ( 8 / 2 ) Majd a nyomatéki tétel szerint egy tetszőleges A pontra vett nyomatékkal, ( 2 ) - vel is: ( 9 / 1 ) azaz ( 9 ) Azt kaptuk, hogy az egyensúlyi axióma erőrendszerére vonatkozóan fennállnak a beke - retezett egyenletek. Azonban mi tetszőleges síkbeli erőrendszer egyensúlyát kifejező feltételi egyenleteket keresünk, vagyis olyanokat, melyek n > 2 esetén is érvényesek, ahol n az erőrendszert alkotó erők darabszáma. A keresett, az általánosabb esetre vonatkozó egyensúlyi egyen - leteket rögtön megkaphatjuk az előzőekből, az alábbi meggondolásokkal. Most vegyük úgy, hogy az F 1 és F 2 erők egy - egy ~ E I ( E 1, E 2,, E m ) és ~ E II ( E m+1, E m+2,, E n ) rész - erőrendszer eredői, melyekre fennáll, hogy: ( 10 / 1 ). ( 10 / 2 ) A vetületi tétel szerint ( 10 / 1 ) és ( 10 / 2 ) - ből: Hasonlóképpen: ( 11 / 1 ). ( 11 / 2 ) ( 12 / 1 )

3 ( 12 / 2 ) Most ( 11 / 1 ) és ( 11 / 2 ) összeadásával: Majd ( 12 / 1 ) és ( 12 / 2 ) összeadásával: ( 13 ) Ezután ( 7 / 1 ) és ( 13 ) szerint: ( 14 ) ( 15 ) majd ( 7 / 2 ) és ( 14 ) szerint: ( 16 ) A ( 15 ) és ( 16 ) egyenletek a síkbeli Statika vetületi egyensúlyi egyenletei, tetszőleges elrendezésű, n darab erőből álló ( E ) erőrendszer esetén. Most a nyomatéki tételt alkalmazva az E I és E II rész - erőrendszerre: ( 17 ) ( 18 ) majd ( 17 ) és ( 18 ) összeadásával: ezután ( 9 / 1 ) és ( 19 ) - cel: ( 19 ) ( 20 ) A ( 20 ) egyenlet a síkbeli Statika nyomatéki egyensúlyi egyenlete, tetszőleges elrendezésű, n darab erőből álló ( E ) erőrendszer esetén. Megjegyzések: M1. Szokásosabb a ( 15 ), ( 16 ), ( 20 ) egyensúlyi feltételi egyenletek alábbi alakja: ( 21 )

4 M2. Tudjuk, hogy az A nyomatékvonatkoztatási pont speciális megválasztásával a ( 21 / 3 ) nyomatéki egyenlet akkor is teljesülhet, ha az erőrendszer nincs is egyensúlyban. Ez a helyzet előáll, ha az A pont az erőrendszer eredőjének hatásvonalán helyezkedik el. Ez azt is jelenti, hogy ( 21 / 3 ) szükséges, de még nem elegendő feltétele az egyensúlynak. M3. Látjuk, hogy ( 21 ) szerint a síkbeli Statika egyensúlyi egyenleteinek száma: 3. Ez azt is jelenti, hogy ezen egyenletek alkalmazásával 3 db ismeretlen határozható meg, az egyensúlyozási feladat kapcsán. Például egy kéttámaszú tartónál az A jelű fix csuklóban ébredő A reakcióerő A x és A y ( skaláris ) komponense, valamint a B jelű görgős támasz - nál ébredő B reakcióerő B ( előjeles ) nagysága jelenti a 3 db ismeretlen mennyiséget. Ha ez a 3 db egyenlet elegendő az ismeretlenek meghatározásához, akkor a feladatot statikailag határozottnak nevezzük. Ellenkező esetben a feladat statikailag határozatlan, vagyis az egyensúlyi egyenleteken kívül további legtöbbször alakváltozási feltételi egyenleteket kell felírnunk, hogy ugyanannyi egyenletünk legyen, ahány ismeretlenünk van. M4. A szakirodalomból ( is ) tudjuk, hogy a síkbeli Statika 3 db egyensúlyi egyenlete a ( 21 ) egyenletek csoportjától eltérő is lehet. Ehhez ld. pl.: [ 1 ]! Leggyakrabban mégis a ( 21 ) egyenleteket alkalmazzuk. M5. Jelen írásunkban kerültük a vektoralgebra erősebb használatát; pedig ezzel a segéd - eszközzel sokkal gyorsabban célt érhetünk, az egyensúlyi feltételi egyenletek vizsgálata során is. Például: skalárisan végigszorozva ezt a vektoregyenletet az i egységvektorral: Ez a vetületi tétel egy lehetséges felírási módja, esetünkben. M6. Érdemes megemlítenünk, hogy a ( 21 ) egyenletek egymástól függetlenek. Ez azért fontos, mert ez biztosítja, hogy 3 ismeretlent határozhassunk meg alkalmazásuk - kal. Ha a 3 egyensúlyi egyenlet közül pl. az egyik a másiknak konstans - szorosa lenne, akkor csak 2 független egyenletünk lenne, melyek csak 2 ismeretlen meghatározására lennének elegendőek. M7. Lényeges információ, hogy a ( 21 ) egyenletet vagy vele egyenértékű egyéb egyenleteket akár definíciószerűen is rögzíthetnénk, hasonlóan a statikai axiómákhoz. Ezt azért nem tesszük, mert ez durva információvesztéshez vezethetne. Ekkor azonban végig kell rágnunk magunkat a fentihez hasonló gondolatmeneteken, ha jót akarunk.

5 Most nézzünk néhány tipikus példát az egyensúlyi egyenletek alkalmazására! 1. PÉLDA: Függőleges hatásvonalú koncentrált erőkkel terhelt, statikailag határozott megtámasztású kéttámaszú tartó egyensúlyozása Ehhez tekintsük a 2. ábrát is! 2. ábra Itt egy konzolos kéttámaszú tartót szemléltettünk a megadott külső aktív ( piros ) és a keresett reakció - erőkkel ( kék ). Az egyensúlyozási feladat az alábbi. Adott: F 1, F 2, a, b, c. Keresett: A x, A y, B. Megoldás I. Két vetületi és egy nyomatéki egyenlettel A ( 21 ) egyenletekkel dolgozunk, kicsit kényelmesebb alakban felírva azokat. Vízszintes vetületi egyensúlyi egyenlet: ( P1 / 1 ) Nyomatéki egyensúlyi egyenlet az A pontra: ( P1 / 2 )

6 Függőleges vetületi egyensúlyi egyenlet: ( P1 / 3 ) Most ( P1 / 2 ) - t ( P1 / 3 ) - ba helyettesítve: tehát: ( P1 / 4 ) A kétszer aláhúzott képletek adják a feladat paraméteres megoldását. II. Egy vetületi és két nyomatéki egyensúlyi egyenlettel Vízszintes vetületi egyensúlyi egyenlet: ( P1 / 1 ) Nyomatéki egyensúlyi egyenlet az A pontra: ( P1 / 2 ) Nyomatéki egyensúlyi egyenlet a B pontra: ( P1 / 4 ) Látjuk, hogy a II. megoldás gyorsabb és kényelmesebb itt, mint az I. Fontos körülmény, hogy a II. megoldással kapott eredmény előállításával ellenőriztük az I. megoldással kapott eredményünket. Ezt tesszük szinte minden esetben, a továbbiakban is. A megoldás során az alábbi előjel - konvenciót alkalmaztuk: : F x > 0 ; : F y > 0 ;

7 2. PÉLDA: Egyik végén befogott, másik végén szabad rúd ferde koncentrált erővel és erőpárral terhelve Ehhez tekintsük a 3. ábrát is! Adott: F, α ; M A ; a, b. Keresett: C x, C y, M bef. Megoldás 3. ábra : ( P2 / 1 ) : ( P2 / 2 ) ( P2 / 3 ) Látjuk, hogy az a távolság - adatot nem használtuk fel. Ennek az az oka, hogy az erőpár forgatónyomatéka a sík minden pontjára ugyanaz. Megjegyezzük, hogy ~ a b = CB távolságot a tartó tengelyvonalán mértük; ~ a szummás jelek helyett az előző példa végén mutatott nyilas jeleket használtuk az egyensúlyi kijelentések azonosításához.

8 3. PÉLDA: Egy fix és két görgős támaszú folytatólagos tartó koncentrált erőkkel terhelve Ehhez tekintsük a 4. ábrát is! 4. ábra Adott: F 1, F 2, F 3 ; a, b, c, d. Keresett: A x, A y, B, C. Ez a feladat egyszeresen statikailag határozatlan, mert a 4 db ( A x, A y, B, C ) ismeretlen meghatározására csak 3 db egyensúlyi egyenlet áll rendelkezésünkre. Utóbbiak: : ( P3 / 1 ) : ( P3 / 2 ) ( P3 / 3 ) A hiányzó egyenletet / egyenleteket rendszerint szilárdságtani / alakváltozási összefüggé - sekkel pótoljuk. Ez már inkább a haladó tanulmányok tárgyát képezi. Ajánlott irodalom: [ 1 ] Németh Ferenc: Mechanika I. Statika Panem McGraw - Hill, Budapest, 1996., 58 ~ 59. o. Sződliget, 2017. 10. 15. Összeállította: Galgóczi Gyula mérnöktanár