Redukcja układów sił działających na bryły sztywne

Podobne dokumenty
WEKTORY skalary wektory W ogólnym przypadku, aby określić wektor, należy znać:

WEKTORY skalary wektory W ogólnym przypadku, aby określić wektor, należy znać:

Wyznacznikiem macierzy kwadratowej A stopnia n nazywamy liczbę det A określoną następująco:

Realizacje zmiennych są niezależne, co sprawia, że ciąg jest ciągiem niezależnych zmiennych losowych,

2. PODSTAWY STATYKI NA PŁASZCZYŹNIE

Rozwiązania maj 2017r. Zadania zamknięte

ZADANIA OTWARTE. Są więc takie same. Trzeba jeszcze pokazać, że wynoszą one 2b, gdyż taka jest długość krawędzi dwudziestościanu.

Równania i nierówności kwadratowe z jedną niewiadomą

TEORIA PŁYT I POWŁOK (KIRCHHOFFA-LOVE)

Zadanie 5. Kratownica statycznie wyznaczalna.

1. LINIE WPŁYWOWE W UKŁADACH STATYCZNIE WYZNACZALNYCH

zestaw DO ĆWICZEŃ z matematyki

W. Guzicki Zadanie 19 z Informatora Maturalnego poziom rozszerzony 1

2. FUNKCJE WYMIERNE Poziom (K) lub (P)

INSTRUKCJA. - Jak rozwiązywać zadania wysoko punktowane?

CAŁKOWANIE NUMERYCZNE

DZIAŁ 2. Figury geometryczne

3. Rozkład macierzy według wartości szczególnych

Wykład 2. Granice, ciągłość, pochodna funkcji i jej interpretacja geometryczna

Metoda sił jest sposobem rozwiązywania układów statycznie niewyznaczalnych, czyli układów o nadliczbowych więzach (zewnętrznych i wewnętrznych).

f(x)dx (1.7) b f(x)dx = F (x) = F (b) F (a) (1.2)

Wymagania edukacyjne matematyka klasa 2 zakres podstawowy 1. SUMY ALGEBRAICZNE

4. RACHUNEK WEKTOROWY

O pewnych zgadnieniach optymalizacyjnych O pewnych zgadnieniach optymalizacyjnych

Maciej Grzesiak. Iloczyn skalarny. 1. Iloczyn skalarny wektorów na płaszczyźnie i w przestrzeni. a b = a b cos ϕ. j) (b x. i + b y

Całki niewłaściwe. Rozdział Wprowadzenie Całki niewłaściwe I rodzaju

2. Tensometria mechaniczna

- Wydział Fizyki Zestaw nr 5. Powierzchnie 2-go stopnia

Wprowadzenie: Do czego służą wektory?

PRÓBNA MATURA Z MATEMATYKI Z OPERONEM LISTOPAD ,0. 3x 6 6 3x 6 6,

Zadania. I. Podzielność liczb całkowitych

WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWEK CIENKICH ZA POMOCĄ ŁAWY OPTYCZNEJ

Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka matematyczna.

Ruch unoszenia, względny i bezwzględny

a a a b M. Przybycień Matematyczne Metody Fizyki I

Wyrównanie sieci niwelacyjnej

Wymagania edukacyjne matematyka klasa 2b, 2c, 2e zakres podstawowy rok szkolny 2015/ Sumy algebraiczne

WYKŁAD 5. Typy macierzy, działania na macierzach, macierz układu równań. Podstawowe wiadomości o macierzach

1.5. Iloczyn wektorowy. Definicja oraz k. Niech i

Modelowanie i obliczenia techniczne. Metody numeryczne w modelowaniu: Różniczkowanie i całkowanie numeryczne

Matematyka stosowana i metody numeryczne

Modelowanie 3 D na podstawie fotografii amatorskich

CAŁKOWANIE NUMERYCZNE

Kombinowanie o nieskończoności. 4. Jak zmierzyć?

Kodowanie liczb. Kodowanie stałopozycyjne liczb całkowitych. Niech liczba całkowita a ma w systemie dwójkowym postać: Kod prosty

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE IIc ZAKRES PODSTAWOWY I ROZSZERZONY

Zasa Za d sa y d d y d nam na iki Newtona (2) Prawo Praw o I I Przys zys es e ze s ni ze e e punkt punkt mat e iralneg ne o g j es e t s

Rozwiązywanie zadań z dynamicznego ruchu płaskiego część I 9

Wartość bezwzględna. Proste równania i nierówności.

Macierz. Wyznacznik macierzy. Układ równań liniowych

RACHUNEK CAŁKOWY. Funkcja F jest funkcją pierwotną funkcji f na przedziale I R, jeżeli. F (x) = f (x), dla każdego x I.

Wykład 2. Pojęcie całki niewłaściwej do rachunku prawdopodobieństwa

Aby opisać strukturę krystaliczną, konieczne jest określenie jej części składowych: sieci przestrzennej oraz bazy atomowej.

Wykład 6 Dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera

ZASTOSOWANIE RÓWNANIA NASGRO DO OPISU KRZYWYCH PROPAGACYJI PĘKNIĘĆ ZMĘCZENIOWYCH

Przykład 2.5. Figura z dwiema osiami symetrii

Tydzień 1. Linie ugięcia belek cz.1. Zadanie 1. Wyznaczyć linię ugięcia metodą bezpośrednią wykorzystując równanie: EJy = -M g.

Grażyna Nowicka, Waldemar Nowicki BADANIE RÓWNOWAG KWASOWO-ZASADOWYCH W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW AMFOTERYCZNYCH

N(0, 1) ) = φ( 0, 3) = 1 φ(0, 3) = 1 0, 6179 = 0, 3821 < t α 1 e t dt α > 0. f g = fg. f = e t f = e t. U nas: g = t α 1 g = (α 1)t α 2

Wymagania kl. 2. Uczeń:

Matematyka II. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr letni 2018/2019 Wykład 1

Wektor kolumnowy m wymiarowy macierz prostokątna o wymiarze n=1 Wektor wierszowy n wymiarowy macierz prostokątna o wymiarze m=1

Pierwiastek z liczby zespolonej

< f g = fg. f = e t f = e t. U nas: e t (α 1)t α 2 dt = 0 + (α 1)Γ(α 1)

PODSTAWY BAZ DANYCH Wykład 3 2. Pojęcie Relacyjnej Bazy Danych

Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny z matematyki w klasie II poziom rozszerzony

LISTA02: Projektowanie układów drugiego rzędu Przygotowanie: 1. Jakie własności ma równanie 2-ego rzędu & x &+ bx&

Translacja jako operacja symetrii. Wybór komórki elementarnej wg A. Bravais, połowa XIX wieku wybieramy komórkę. Symetria sieci translacyjnej

Praca, potencjał i pojemność

ZADANIA Z ZAKRESU SZKOŁY PODSTAWOWEJ, GIMNAZJUM I SZKOŁY ŚREDNIEJ

PRZEGLĄD FUNKCJI ELEMENTARNYCH. (powtórzenie) y=f(x)=ax+b,

Propozycja przedmiotowego systemu oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych (zakres podstawowy)

KONKURS MATEMATYCZNY dla uczniów gimnazjów w roku szkolnym 2012/13. Propozycja punktowania rozwiązań zadań

Wymagania na poszczególne oceny z matematyki w Zespole Szkół im. St. Staszica w Pile. Kl. II poziom podstawowy

MATeMAtyka 3 inf. Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych. Zakres podstawowy i rozszerzony. Dorota Ponczek, Karolina Wej

Niewymierność i przestępność Materiały do warsztatów na WWW6

KOMPENDIUM MATURZYSTY Matematyka poziom podstawowy

Elementy rachunku wariacyjnego

Macierz. Wyznacznik macierzy. Układ równań liniowych

Część 2 7. METODA MIESZANA 1 7. METODA MIESZANA

Prawo Coulomba i pole elektryczne

WYMAGANIA I KRYTERIA OCENIANIA Z MATEMATYKI W 3 LETNIM LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCYM

usuwa niewymierność z mianownika wyrażenia typu

EGZAMIN MATURALNY OD ROKU SZKOLNEGO 2014/2015 MATEMATYKA POZIOM ROZSZERZONY ROZWIĄZANIA ZADAŃ I SCHEMATY PUNKTOWANIA (A1, A2, A3, A4, A6, A7)

NAJWAŻNIEJSZE WZORY. Pozostałe miary ruchu wyrażone przez miary ruchu obrotowego: wektor prędkości v = ω r wektor przyspieszenia stycznego a s

KRYTERIA OCENIANIA ODPOWIEDZI Próbna Matura z OPERONEM. Matematyka Poziom podstawowy

A. Zaborski, Rozciąganie proste. Rozciąganie

Wektory [ ] Oczywiście wektor w przestrzeni trójwymiarowej wektor będzie miał trzy współrzędne. B (x B. , y B. α A (x A, y A ) to jest wektor

O RELACJACH MIĘDZY GRUPĄ OBROTÓW, A GRUPĄ PERMUTACJI

zestaw DO ĆWICZEŃ z matematyki

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych i schemat oceniania zadań otwartych

Prosta metoda sprawdzania fundamentów ze względu na przebicie

Pierwiastek z liczby zespolonej

Wymagania edukacyjne z matematyki

III. Rachunek całkowy funkcji jednej zmiennej.

5. Zadania tekstowe.

2. ELEMENTY GEOMETRII ANALITYCZNEJ I WEKTOROWEJ

Układ elektrohydrauliczny do badania siłowników teleskopowych i tłokowych

H. Dąbrowski, W. Rożek Próbna matura, grudzień 2014 r. CKE poziom rozszerzony 1. Zadanie 15 różne sposoby jego rozwiązania

Laura Opalska. Klasa 1. Gimnazjum nr 1 z Oddziałami Integracyjnym i Sportowymi im. Bł. Salomei w Skale

Transkrypt:

1 Redukcj ukłdów sił dziłjących n bryły sztywne W zdnich tego rozdziłu wykorzystuje się zsdy redukcji ukłdów sił wykłdne w rmch mechniki ogólnej i powtórzone w tomie 1 podręcznik. Zdnie 1 Zredukowć ukłd sił przyłożonych do idelnie sztywnej kostki pokznej n rysunku 1.1. Jko punkt redukcji przyjąć początek ukłdu współrzędnych. Złożyć, że: mod P 1 = P, mod P 2 = 2P, mod P 3 = 2P, mod M = 17 P 1). Rozwiąznie Rys. 1.1 N kostkę dziłją trzy siły skupione P 1, P 2, P 3 orz moment M. Zredukownie tego ukłdu do punktu ozncz, że nleży znleźć njprostszy ukłd zstępczy, przyłożony w punkcie, który będzie powodowł tki sm ruch kostki, jk przyłożony do niej ukłd złożony {P 1, P 2, P 3, M}. Poprzenośmy ztem, zgodnie z zsdmi redukcji, poszczególne siły do punktu. Przenosząc siłę P 1 otrzymmy siłę P 1 = i 1 P przyłożoną do punktu orz moment wynikjący z jej przeniesieni X 1. Wektor przeniesieni siły P 1 oznczymy przez r 1. M on początek w punkcie redukcji, koniec w dowolnym punkcie położonym n kierunku dziłni siły P 1. Obliczeni momentu X 1 będą njprostsze, gdy złożymy r 1 = i 3 2, to znczy tk, jk pokzno n rysunku 1.1. Moment ten będzie równy: 1) Anlogiczne oznczeni wektorów i ich modułów są stosowne w cłej książce. Dltego, gdy wielkość wektoqqrow jest przedstwin czcionką niewytłuszczoną, to mmy n myśli jej moduł.

6 Redukcj ukłdów sił dziłjących n bryły sztywne () X 1 = r 1 P 1 = i P i2 1 i3 2 = i 1 + i 2 P 2 + i 3 = i 2 2P. Postępując podobnie z pozostłymi siłmi, w punkcie otrzymmy: siłę P 2 = i 2 2P orz moment od jej przeniesieni X 2 = i 3 2P ; siłę P 3 = i 3 2P orz moment od jej przeniesieni X 3 = i 1 8P ; moment M = i 1 P i 2 4P od równoległego przeniesieni momentu skupionego M. Wobec powyższego, sił ogóln ukłdu P o wyniesie: P o = ΣP i = P 1 + P 2 + P 3 = i 1 P + i 2 2P + i 3 2P, ntomist moment ogólny M o jest równy: M o = Σ r i P i + M = X 1 + X 2 + X 3 + M = i 1 7P i 2 2P + i 3 2P. Otrzymny ukłd {P o, M o }, przyłożony do punktu (rys. 1.1b), zstępuje ukłd złożony {P 1, P 2, P 3, M}. Sprwdźmy jeszcze, czy moment M o jest prostopdły do siły P o. Gdyby tk było, to ukłd sił dziłjących n kostkę możn by zstąpić tylko jedną siłą siłą wypdkową. W tym celu obliczymy iloczyn sklrowy wektorów P o i M o : P o M o = P 7P + 2P ( 2P ) + 2P 2P = 7P 2. A ztem ukłdu tego nie możn zredukowć do wypdkowej, lecz co njwyżej do skrętnik, to znczy do siły ogólnej i momentu ogólnego w jej kierunku. Zdnie 2 Zredukowć do punktu A ukłd sił dziłjących n sztywną kostkę pokzną n rysunku 1.2. Przyjąć: mod P 1 = 5 P, mod P 2 = P, mod P 3 = P, mod M = P. Rys. 1.2 Rozwiąznie Nie będziemy już terz przedstwili szczegółowego rozumowni tłumczącego sens redukcji, lecz skupimy uwgę n prktycznym obliczeniu P o i M o.

Rozdził 1 7 Wyznczymy njpierw siłę ogólną P o. W tym celu przedstwimy poszczególne siły dziłjące n kostkę poprzez współrzędne i wektory bzy: 1 2 P 1 = i 2 5 P + i3 5 P = i2 P + i 3 2P, 5 5 P 2 = i 2 P, P 3 = i 3 P. Siły te przenosimy do punktu A i obliczmy siłę ogólną, któr zgodnie z definicją jest sumą wszystkich sił dziłjących n ukłd. Sił ogóln P o wynosi: P o = Σ P i = i 2 2P + i 3 P. Obliczmy terz moment ogólny M o, będący sumą poszczególnych momentów dziłjących n kostkę orz momentów od przeniesieni sił do punktu redukcji A. Możn to zrobić tk smo, jk w przypdku zdni poprzedniego, to znczy dobierjąc promienie przeniesieni r 1, r 2 (tu r 3 = ) i ukłdjąc zleżności nlogiczne do oznczonej tm przez (), lbo też obliczć skłdowe bezpośrednio wykorzystując fkt, że moment względem punktu (tu punktu redukcji) jest równy sumie momentów wokół przecinjących w nim osi ukłdu współrzędnych. Znk skłdowej momentu określ wówczs tzw. reguł śruby prwoskrętnej. W rozwżnym zdniu otrzymmy: M = i 2 P, X 1 = i 2 4P + i 3 2P, X 2 = i 1 2P + i 3 2P, X 3 =. Moment ogólny będzie więc równy: M o = Σ X i + M = i 1 2P i 2 5P + i 3 4P. Sprwdźmy jeszcze, czy wyznczony moment ogólny jest prostopdły do siły ogólnej. W tym celu obliczymy iloczyn sklrowy wektorów P o i M o : P o M o = 2P + 2P ( 5P ) + P 4P = 6P 2. Wobec tkiego wyniku możn stwierdzić, że ukłd sił przyłożony do kostki z rysunku 1.2 redukuje się do skrętnik. Moment ogólny M o i siłę ogólną P o przedstwiono n rysunku 1.2b. Zdnie 3 Zredukowć do punktu A płski ukłd sił dziłjący n sztywną kostkę z rysunku 1.3 orz znleźć wypdkową tego ukłdu, jeśli on istnieje. Przyjąć: mod M = 3P, mod P 1 = P 2, mod P 2 = 2P, mod P 3 = P. Rozwiąznie Zredukujmy njpierw podny ukłd sił do punktu A. Otrzymmy tm siłę ogólną: P o = P 1 + P 2 + P 3 = i 1 P i 2 P i 2 2P i 1 P = i 2 3P.

8 Redukcj ukłdów sił dziłjących n bryły sztywne Moment ogólny M o, który musi być przyłożony w punkcie A rzem z siłą P o, jest sumą momentów skupionych przyłożonych do kostki orz momentów wynikjących z przeniesieni sił. Przeniesieni te są dokonywne w płszczyźnie {x 1, x 2 }, więc momenty od przeniesień sił będą prostopdłe do tej płszczyzny. Moduł momentu ogólnego wyniesie: M o = M + P 3 2 + P 2 = 3P + 2P = 5P. Moment M o jest prostopdły do siły P o, więc otrzymny w punkcie A ukłd {P o, M o } możn redukowć dlej i poszukiwć jego wypdkowej. Aby znleźć prostą, n której sił P o stnie się wypdkową W (rys. 1.3b), przesuwmy siłę P o równolegle o pewien odcinek x w płszczyźnie {x 1, x 2 }. Rys. 1.3 Przesunięci możemy tu dokonć 'w lewo' lub 'w prwo' od punktu A. Akurt w tym przypdku odcinek x odmierzymy 'w prwo', poniewż moment od przeniesieni siły P o będzie mił wówczs zwrot przeciwny do momentu M o. Dje to sznsę zredukowni obydwu tych momentów. Nstąpi to wówczs, gdy: P o x = M o, skąd: x = M o = Po 3P 5P = 5. 3 Tk więc rozwżny ukłd sił redukuje się do wypdkowej W, której moduł wynosi 3P i któr dził n prostej przesuniętej 'w prwo' od punktu A o odległość x = 3 5. Zdnie 4 Idelnie sztywn belk o wymirch b h (rys. 1.4) jest obciążon n górnej powierzchni ciśnieniem p(p x, p y, p z ), którego rozkłd opisują funkcje: p x =, p y =, p z = p o (1 x ). Zredukowć ten ukłd obciążeni, przyjmując punkt redukcji w początku ukłdu współrzędnych {x, y, z}. Złożyć, że oś x łączy środki ciężkości przekrojów belki. Rozwiąznie Zstosujmy njpierw pewien prosty zbieg, który pozwoli n 'sprowdzenie' rozwżnego zdni do jednowymirowego. Widoczne jest, że skłdow p z (rys. 1.4) nie zleży od

Rozdził 1 9 współrzędnej y. Podczs dlszych nliz wrto ztem posługiwć się nie ciśnieniem p z o wymirze N/mm 2, lecz wielkością q = p z b, któr m wymir N/mm i jest nzywn obciążeniem ciągłym o intensywności q lub, krótko, wydtkiem obciążeni. Wydtek q nleży, co oczywiste, przykłdć do belki w płszczyźnie {x, z}, poniewż jest on płszczyzną symetrii rozkłdu ciśnieni p z (x, y). Rys. 1.4 W rezultcie w miejsce wyjściowego, przestrzennego ukłdu obciążeni możn rozwżć zdnie redukcji dl zstępczego ukłdu płskiego, pokznego n rysunku 1.4b. Obciążenie belki stnowi terz ukłd liniowo zmienijących się wydtków: q(x) = p o b (1 x ) = q o (1 x ), które nleży zredukowć do punktu. Aby to uczynić, nleży kżdą z elementrnych sił dp (dp = q(x) dx) przenieść do punktu. Jest to przeniesienie równoległe, więc w punkcie przykłd się siłę dp orz moment dm od jej przeniesieni (rys. 1.4b), równy: i prostopdły do {x, z}. dm = = x dp = x q(x) dx Podobnie postępuje się ze wszystkimi siłmi elementrnymi dp. Otrzymmy ztem: orz: P o = M o = q(x) dx = q o (1 x ) dx = 1 qo 2 x q(x) dx = x q o (1 x ) dx = 1 qo 2. 6

1 Redukcj ukłdów sił dziłjących n bryły sztywne Moment M o jest prostopdły do siły P o, co pozwl n dlszą redukcję ukłdu i poszukiwnie jego wypdkowej. W tym celu dokonjmy równoległego przeniesieni P o i M o 'w prwo' o odległość x 1 (rys. 1.4c) do pewnego punktu A. Otrzymmy wtedy siłę ogólną P o orz moment, którego moduł wyniesie: M A o = M o P o x 1. W celu wyznczeni położeni wypdkowej wystrczy jeszcze zżądć, by moduł M A o był równy zero, skąd otrzymmy: x 1 = 1 q 2 M o o = 6 P 1 o q o = 3 1. 2 Tk więc punkt, przez który przechodzi wypdkow rozwżnego obciążeni ciągłego, leży w odległości 1 3 od punktu. Wrto zwrócić uwgę, że jest to współrzędn środk ciężkości pol zwrtego pod funkcją q(x) (rys. 1.4b). Włściwość t uogólni się n dowolne ciągłe w przedziłch rozkłdy wydtków q(x). Nturlnie, operownie w tym zdniu inżynierskim opisem ukłdu współrzędnych {x, y, z} nie m większego znczeni. Równie dobrze możn było używć oznczeń {x 1, x 2, x 3 }, jk w zdnich poprzednich. Zdnie 5 Zredukowć do punktu A ukłd obciążeń ciągłych, dziłjący n belkę pokzną n rysunku 1.5,. Rozwiąznie Rys. 1.5 Dziłnie obciążeni ciągłego w przedzile [, ] możn zstąpić jego wypdkową Q 1 (Q 1 = 2 1 q o ), przyłożoną w punkcie x 1 = 3 2 (rys. 1.5b), ntomist rozkłd q(x) w przedzile [, 2] jego wypdkową Q 2 (Q 2 = q o ), przyłożoną w punkcie x 2 = 2 3. Redukując

Rozdził 1 11 otrzymny w ten sposób ukłd sił Q 1, Q 2 do punktu A (rys. 1.5c) wyznczymy wrtości modułów ukłdu {P o, M o }: P o = Q 1 + Q 2 = 2 3 qo, M o = Q 2 2 1 Q1 3 1 = 2 1 qo 2 6 1 qo 2 = 3 1 qo 2. Moment M o jest prostopdły do P o, więc rozwżny ukłd m wypdkową. Siły Q 1, Q 2 zostły tu przedstwione przy pomocy strzłek zbudownych z okręgów i niewypełnionych grotów. Tkie oznczeni wypdkowych obciążeń ciągłych są przyjmowne w cłym podręczniku. Zdnie 6 Zredukowć ukłdy sił przyłożone do idelnie sztywnych kostek, pokznych n rysunkch 1.6 i 1.7. W obu przypdkch jko punkt redukcji przyjąć początek ukłdu współrzędnych. Rys. 1.6 Rys. 1.7 Zdnie 7 Zredukowć płskie ukłdy sił, przyłożone do sztywnych elementów trczowych, pokznych n rysunkch 1.8 i 1.9. Znleźć wypdkowe tych ukłdów, jeśli one istnieją. Rys. 1.8 Rys. 1.9