background image

3

4

4

4

3kN/m

A

B

C

E

F

D

3

4

4

4

N1

N1

B

C

E

F

D

N2

A

N2

3kN/m

MA

HE

MA

HE

VA

VE

HA

HA

3

4

4

4

B

C

E

F

D

A

3kN/m

MA

HE

HA

HA=8kN

VA=12kN

VE=12kN

HE=8kN

N1=-6kN

MA=24 kNm

N2=-10kN

N1=-6kN

N2=-10kN

           

Egzamin z Mechaniki Teoretycznej 

       

Budownictwo, 23 stycznia 2012 - termin 0 

 

 
 
 
 
 

 
Zadanie 1 
Wyznaczyć reakcje podpór układu 
oraz siły w prętach kratowych. 
Sprawdzić poprawność obliczeń. 
 
Rozwiązanie 
Znaczenie indeksów występujących w równaniach równowagi: 
Indeks dolny ABCDEF   – oznaczenie punktu, względem którego liczony jest moment. 
Indeks górny p lub   

 

 

– prawa lub lewa strona. 

Indeks górny dg lub c   

 

– dół, góra lub całość 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

:

0

,

g

p

B

M

  

0

4

6

,

0

2

4

3

2

N

  

kN

10

2

N

 

:

0

d

D

M

   

0

8

10

6

,

0

4

E

V

  

 

kN

12

E

V

 

:

0

d

E

M

   

0

4

10

6

,

0

4

1

 N

   

kN

6

1

N

 

:

0

d

X

   

0

10

8

,

0

E

H

 

 

 

kN

8

E

H

 

:

0

g

X

   

0

10

8

,

0

A

H

  

 

 

kN

8

A

H

 

:

0

g

Y

 

 

0

10

6

,

0

6

A

V

   

 

kN

12

A

V

 

:

0

,

g

l

B

M

   

0

2

4

3

4

12

A

M

 

kNm

24

A

M

 

 

Sprawdzenie:   

:

0

?

c

X

 

 

 

:

0

?

c

Y

  

 

:

0

?

c

A

M

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Student 

Grupa 

Ocena 

Zadanie 1 

 

Zadanie 2 

 

Zadanie 3 

 

Test 

 

background image

4,257

6

6

3

3

9

R 3

2

y

x

a1

yc

xc

1

a2

Zadanie 2 
Wyznaczyć główne centralne osie i główne centralne 
momenty bezwładności obszaru materialnego jak na rysunku. 
Przyjąć gęstość  = 1 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

 

 

 

 
 

 
 
 

 
 
 

 
 
 
 

 
 

 

 

 

Sprawdzenie 

 

A

1

2

12

9

3 6

 3

2

2



 

A

50.137

 

Sx

1

2

12

9

6

(

)

3 6

6

(

)

 3

2

2

6

(

)



 

yc

Sx

A



 

Sx

300.823

 

yc

6

 

Sy

1

2

12

9

 4

3 6

 1.5

 3

2

2

3

4 3

3 



 

xc

Sy

A



 

Sy

213.412

 

xc

4.257

 

Ix

12 9

3

36

1

2

12

9

 6

2

3 6

3

12

3 6

 6

2

 3

4

8

 3

2

2

6

2



 

Ix 2025.747

 

Iy

12

3

9

36

1

2

12

9

 4

2

3

3

6

3

 3

4

8

 3

2

2

4 3

3 

 3

2

2

3

4 3

3 

2



 

Iy

1297.961

 

Ixy

12

2

9

2

72

1

2

12

9

 4

6

(

)

0

3 6

 1.5

6

(

)

[

]

0

 3

2

2

3

4 3

3 

6

(

)



 

Ixy

1442.469

 

Ixc

Ix A yc

2



 

Ixc 220.809

 

Iyc

Iy A xc

2



 

Iyc

389.564

 

Ixcyc

Ixy A xc

yc



 

Ixcyc

162

 

I1c

Ixc Iyc

2

Ixc Iyc

2

2

Ixcyc

2



 

I1c 487.843

 

1c

atan

Ixcyc

Iyc I1c





 

1c

180

58.756

 

I2c

Ixc Iyc

2

Ixc Iyc

2

2

Ixcyc

2



 

I2c 122.529

 

2c

atan

Ixcyc

Iyc I2c





 

2c

180

31.244

 

Jc

Ixc

Ixcyc

Ixcyc

Iyc







 

cos 1c

sin 1c

sin 1c

cos 1c







 

J

 Jc

T



 

J

487.843

7.105

10

15

2.842

10

14

122.529



 

background image

L

k

f

m

m

x

Położenie równowagi

L

y

1

y

2

k

f

m

m

x

Położenie równowagi

mg

ky

Zadanie 3 
 
Stosując zasadę zachowania energii mechanicznej wyznaczyć  
równania ruchu układu przedstawionego na rysunku. 
 
Zmienne uogólnione:   

,

y

 

 

y

r

0

1

 

 

 

 

 

 

cos

sin

2

l

y

l

r

 

y

r

0

1

 

 

 

 

 

 

sin

cos

2

l

y

l

r

 

1

0

1

y

r

   

 

 

 

 

1

0

2

y

r

 

0

0

1

r

   

 

 

 

 

sin

cos

2

l

y

l

r

 

 
Energia kinetyczna 
 

sin

2

2

1

sin

sin

2

cos

2

1

2

1

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

1

y

l

y

l

y

m

E

l

y

l

y

l

y

m

r

r

m

E

k

k

 

 
 
 
 
 
 
Energia potencjalna 
 

1

1

1

0

ky

r

k

F

 

y

1

  

 

 

2

2

1

1

2

1

2

1

ky

ky

V

   

 

2

1

1

2

1

ky

V

E

p

 

mg

F

0

2

  

 

 

cos

2

l

y

y

 

cos

2

2

l

y

mg

mgy

V

  

cos

2

2

mgl

mgy

V

E

p

 

 
Zasada zachowania energii mechanicznej 
 

0

2

1

p

p

k

E

E

E

dt

d

 

 

 

oraz

y

mgl

y

ml

ml

y

mg

ky

ml

ml

y

m

mgl

y

mg

y

ky

y

ml

y

ml

y

ml

ml

y

y

m

mgl

y

mg

y

ky

y

l

y

l

y

y

l

y

y

m

mgl

mgy

ky

y

l

y

l

y

m

dt

d

0

sin

sin

cos

sin

2

sin

cos

sin

sin

2

sin

cos

sin

2

sin

2

2

2

2

2

1

cos

2

1

sin

2

2

1

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

 

 
Równania ruchu 
 

0

sin

sin

0

cos

sin

2

2

2

mgl

y

ml

ml

mg

ky

ml

ml

y

m

 

 
 
 

background image

 

1.  Napisać:  

a.  równanie ruchu oscylacyjnego punktu 

materialnego tłumionego i wymuszonego,  

b.  równanie charakterystyczne, 
c.  podać całkę szczególną równania 

niejednorodnego ruchu wraz 
z wyjaśnieniem znaczenia użytych 
symboli. 

a) 

t

P

t

P

kx

x

c

x

m

c

s

cos

sin

 

b) 

0

0

,

,

,

2

2

2

k

cr

r

ke

cre

e

mr

e

r

x

re

x

e

x

rt

rt

rt

rt

rt

rt

 

c) 

t

a

t

a

x

c

s

cos

sin

 

P

s

P

c

 – amplitudy siły wymuszającej, 

a

s

a

c

 – stałe całkowania, λ – częstotliwość siły wymuszającej, 

m – masa, c – współczynnik tłumienia, k – współczynnik sprężystości.

 

2.  Podać definicję tłumienia krytycznego oraz 

warunek, z którego się go wyznacza. 

Współczynnik tłumienia krytycznego to taka wartość współczynnika tłumieni, po 
przekroczeniu której ruch jest aperiodyczny. 
Warunek – zerowanie się delty równania charakterystycznego: 

km

c

mk

c

k

cr

mr

kr

2

,

0

4

,

0

2

2

 

3.  Podać definicje:  

a.  głównych osi bezwładności, 
b.  głównych centralnych osi bezwładności. 

a)   Główne osie bezwładności to osie wyznaczone przez kierunki główne tensora  
      bezwładności. 
b)   Główne centralne osie bezwładności to główne osie bezwładności wyznaczone  
       przez kierunki główne tensora bezwładności zestawionego w środku ciężkości  
       bryły. 

4.  Podać własności głównych osi bezwładności.  1.  Każdy sztywny układ materialny ma co najmniej trzy osie bezwładności: 

  dokładnie trzy, gdy wszystkie wartości własne są różne, 
  jedną i płaszczyznę osi, gdy dwie wartości własne są jednakowe, 
  całą przestrzeń, gdy wszystkie wartości własne są jednakowe. 

2.  Tensor bezwładności w układzie głównych osi bezwładności ma postać 

diagonalną (momenty dewiacji względem płaszczyzn wyznaczonych przez 
główne osie bezwładności maja wartość 0). 

3.  Momenty bezwładności z przekątnej głównej przyjmują wartości ekstremalne. 
4.  Jeśli układ materialny posiada oś symetrii to ta oś pokrywa się z jedną 

z głównych osi bezwładności 

5.  Względem jakiej prostej przechodzącej przez 

środek masy trójkąta materialnego 
przedstawionego na rysunku moment 
bezwładności jest maksymalny i ile wynosi? 

 
 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

24

12

2

2

4

4

a

a

I

l

 

 

 

 

 

 

 
 
   

6.  Przy jakim założeniu o punkcie A obowiązuje 

zasada krętu? 

 
Punkt A jest punktem stałym lub środkiem masy. 

7.  Czy znajomość zredukowanego układu sił 

w środku masy pozwala przewidzieć ruch 
ciała sztywnego? Odpowiedź uzasadnić. 

 

S

     

- suma układu sił, 

M

 

- moment układu sił względem  

 

 

  środka masy, 

 

Tak. Ten fakt wynika z postaci równań bryły sztywnej:  

z

y

x

S

z

m

S

y

m

S

x

m

S

p

 

M

I

I

I

M

I

I

I

M

I

I

I

J

J

J

M

J

K

 

8.  Napisać równanie Lagrange’a II rodzaju oraz 

podać znaczenie użytych symboli. 

m

i

q

r

F

Q

n

j

Q

q

E

q

E

dt

d

i

j

i

i

j

j

j

k

j

k

,

...

,

2

,

1

,

...

,

2

,

1



 

  

E

k  

– energia kinetyczna układu, 

  

j

q

 – współrzędna uogólniona, 

  

j

Q

 – siła uogólniona, 

  

 n   – liczba stopni swobody, 

  

 m   – liczba punktów przyłożenia siły. 

 

a

a