background image

Przykład 1
Dane są trzy siły: P

1

 3i + 4jP

2

− 

5jP

3

 = 

73j (składowe sił wyrażone są w 

niutonach), przecinające się w punkcie 

(1, 2). Wyznaczyć wektor wypadkowej i jej 

wartość oraz kąt 

α

 nachylenia linii działania względem osi 

Ox

 układu. 

R o z w i ą z a n i e
Przy zastosowaniu sposobu analitycznego należy wyznaczyć składowe wypadkowej P

P

y

 

                  
Wektor i wartość wypadkowej wynoszą

                  
Kierunek wypadkowej określa kąt 

α

, który wyznaczamy z następującego wzoru

                  
Ponieważ składowe wypadkowej są następujące: P

x

 < 0, P

y

 > 0, to kąt 

α 

 = 135º. Linia 

działania wypadkowej przechodzi przez punkt  

pod kątem 

α  

= 135º do osi 

Ox

.

 

Przykład 2
Wzdłuż dwóch boków i głównej przekątnej sześcianu działają siły P

1

P

2

P

3

. Wartości tych 

sił są równe: P

P

2

 = QP

= 3Q. Wyznaczyć ich wypadkową.

background image

R o z w i ą z a n i e
Cosinusy kierunkowe sił P

1

P

2

P

3

 wynoszą

                  
Wyznaczamy składowe wypadkowej

                  
Wartość wypadkowej wyznaczamy z następującego wzoru

                  
a jej cosinusy kierunkowe i kąty wynoszą odpowiednio

                  
Linia działania wypadkowej przebiega przez punkt przecięcia się linii działania sił P

1

P

2

P

background image

pod kątami 

α

β 

γ 

do osi układu współrzędnych 

Oxyz

Przykład 3
Na punkt materialny o ciężarze G, leżący na gładkiej równi pochyłej o kącie pochylenia 

α

działają dwie siły tak, jak przedstawiono na rysunku. Wyznaczyć siłę oraz reakcję 
równi, jeżeli punkt znajduje się w spoczynku.

R o z w i ą z a n i e
     Metoda analityczna. Na punkt materialny działają cztery siły, które są w równowadze. 
Na podstawie warunków równowagi sił zbieżnych można napisać następujące równania 
równowagi

                  
Z równania pierwszego otrzymamy

                  
Po podstawieniu do drugiego równania

                  
Stąd

                  

      Metoda geometryczna. Na rysunku przedstawiono zamknięty wielobok sił utworzony z 
czterech sił działających na punkt materialny, z którego wyznaczono wartości siły 
reakcji R

                  

Przykład 4
Nieważka belka AB o długości l opiera się jednym końcem A na stałej podporze 
przegubowej A. Drugi koniec B tej belki jest zamocowany na podporze przegubowej 
przesuwnej (rysunek). Wyznaczyć reakcje podpór A i B, jeżeli belka jest obciążona w 

background image

punkcie C siłą P.

R o z w i ą z a n i e
      Metoda analityczna. Na rysunku b belka została uwolniona od więzów i przyłożone 
zostały reakcje R

Ax

R

Ay 

R

B

. Ponieważ belka jest obciążona trzema siłami R

A

R

P

wobec tego ich linie działania muszą przecinać się w jednym punkcie D, zaś trójkąt sił 
musi być zamknięty (rys. c).
W przyjętym układzie współrzędnych 

Axy

 równania równowagi będą następujące

                  
Ponadto

                  
gdzie

                  
Z rozwiązania powyższego układu trzech równań otrzymamy

                  

      Metoda geometryczna. Na rysunku c przedstawiono trójkąt sił R

A

R

P. Na podstawie 

twierdzenia równań sinusów otrzymamy

                  
Stąd

                  

background image

Przykład 5
Walec o promieniu r i ciężarze G spoczywa na gładkiej równi pochyłej o kącie pochylenia 

α 

 = 30º i jest utrzymywany w położeniu równowagi za pomocą liny OA, zgodnie z 

rysunkiem. Do środka walca zamocowano drugą linę, którą przerzucono przez nieważki 
krążek. Na końcu tej liny zawieszono ciężar P. Obliczyć wartość reakcji N w punkcie 
zetknięcia się walca z równią oraz napięcie w linie OA, jeżeli lina OB jest pozioma, a lina 
OA tworzy z poziomem kąt 

β

  = 45º.

R o z w i ą z a n i e
      Metoda analityczna. Na walec działają siły PGS i N. Równania równowagi walca są 
następujące

                  
Stąd

                  

Metoda geometryczna. Na rysunku b przedstawiono zamknięty wielobok sił, utworzony ze 
wszystkich sił działających na walec. Korzystając z odpowiednich trójkątów otrzymamy

                  
Z rozwiązania tych równań otrzymamy takie same wartości sił S i N, jak przy zastosowaniu 
metody analitycznej.

Przykład 6
Ciało o ciężarze G jest zawieszone na wsporniku składającym się z trzech prętów 
połączonych przegubowo w sposób pokazany na rysunku. Pręty AO i BO, leżące w 
płaszczyźnie prostopadłej do pionowej ściany, tworzą z tą ścianą kąty 

β

  = 45º. Pręt CO 

background image

tworzy z pionową ścianą kąt  

α  

= 60º i również leży w płaszczyźnie prostopadłej do tej 

ściany. Obliczyć siły w prętach, pomijając ich ciężary własne oraz tarcie w przegubach.

R o z w i ą z a n i e
      Metoda analityczna. Na przegub O działają siły wynikające z oddziaływania prętów OA
OB i OCS

1

S

S

oraz ciężar G. Na podstawie warunków równowagi otrzymujemy 

następujące równania

                  
Po rozwiązaniu powyższego układu równań otrzymamy

                   

Przykład 7
Wyznaczyć siły w prętach konstrukcji pokazanej na rysunku. Nieważkie pręty ABACBC
BECE i CD są połączone przegubowo w węzłach ABCD i E. W węźle B działają dwie 
siły: 2P w kierunku pionowym i siła P w kierunku pręta BC.

background image

R o z w i ą z a n i e
      Metoda analityczna. Na węzeł B działają reakcje S

1

S

S

3

, wynikające z 

oddziaływania prętów ABBE i BC oraz siły P i 2P. Równania równowagi tego węzła są 
następujące

                  
Na węzeł C działają reakcje S

3

S

4

S

5

 i S

oraz siła P. Równania równowagi 

rozpatrywanego węzła są równe

                  
Po rozwiązaniu powyższego układu równań otrzymamy

                  

Przykład 1
Dany jest płaski układ czterech sił leżących w płaszczyźnie 

Oxy 

                  

 

Obliczyć wektor główny i moment główny tego układu sił.

background image

R o z w i ą z a n i e. 
Wektor główny układu sił jest równy

                  
Moment główny układu wynosi

                  

Przykład 2
Nieważka belka AB = 4l została obciążona trzema siłami równoległymi P

1

P

2

P

prostopadłymi do belki. Znaleźć reakcje stałej podpory przegubowej w punkcie A i podpory 
przegubowej przesuwnej w punkcie B. Dane liczbowe: P

= 100 N, P

2

 = 300 N, P

3

 = 400 

N, l = 1 m.

R o z w i ą z a n i e. 
Reakcje w podporach maja kierunek pionowy. Na belkę działa układ pięciu sił 
równoległych P

1

P

2

P

3

R

A

 i R

B

. Dwie niewiadome reakcje  R

A 

R

wyznacza się z dwóch 

równań równowagi

                  
Stąd

                  

Przykład 3
Nieważka belka AB = 3l jest zamocowana w punkcie A na stałej podporze przegubowej, a 

background image

w punkcie B na podporze przegubowej przesuwnej. Obciążenie belki stanowią siły  P

300 N i P

2

 = 400 N, a kąt 

α  

= 30º. Obliczyć reakcje w punktach podparcia A i B.

R o z w i ą z a n i e. 
Kierunek reakcji R

A 

w stałej podporze przegubowej A nie jest znany, wiadomo tylko, że 

linia działania tej siły przechodzi przez środek przegubu A. Reakcję tę rozkłada się na dwie 
składowe wzdłuż osi prostokątnego układu współrzędnych 

Axy

. Składowe reakcji R

A  

zostały oznaczone przez R

Ax 

R

Ay

. Zatem, belka jest obciążona dwoma siłami 

zewnętrznymi P

P

2

 oraz trzema reakcjami więzów R

Ax

R

Ay 

R

B

. Wartości tych reakcji 

wyznacza się z trzech równań równowagi

                  
Z rozwiązania powyższego układu trzech równań z trzema niewiadomymi otrzymamy

                  
Reakcja R

B  

jest ujemna, stąd jej kierunek jest przeciwny niż założono na rysunku. Wartość 

reakcji R

A 

oblicza się ze wzoru

                  

Przykład 4
Nieważka rama płaska została zamocowana na stałej podporze przegubowej w punkcie 
i podporze przegubowej przesuwnej w punkcie B. Obciążenie zewnętrzne ramy stanowią 
siły i siła 2P. Obliczyć reakcje podpór R

A

 i R

B

, jeżeli P = 1000 N, l = 0,5 m.

background image

R o z w i ą z a n i e. 
Rama jest obciążona trzema siłami zewnętrznymi i reakcjami R

A

 i R

B

. Ponieważ kierunek 

reakcji R

A

 jest nie znany, dlatego rozkłada się ją na dwie składowe R

Ax

R

Ay

. Niewiadome 

reakcje wyznacza się z trzech równań równowagi ramy

                  
Stąd

                  

Przykład 5
Obliczyć reakcje podpór A i B w belce pokazanej na rysunku. Obciążenie zewnętrzne 
stanowią dwie siły P

= 200 N, P

2

 = 100 N i moment = 200 N · m. Pozostałe dane 

liczbowe wynoszą: l = 1 m,

α  

= 45º, 

β 

= 30º.

background image

R o z w i ą z a n i e. 
Belka jest obciążona dwiema siłami zewnętrznymi P

1

P

2

, momentem oraz reakcjami 

R

A

 i R

B

. Ponieważ kierunek reakcji  R

A

 jest nie znany, dlatego rozkłada się ją na dwie 

składowe R

Ax

R

Ay

. Niewiadome reakcje wyznacza się z trzech równań równowagi

                  
Stąd 

                  
Reakcje R

Ax

R

Ay

 są ujemne, stąd ich kierunek jest przeciwny do założonego. Wartość 

reakcji R

wynosi

                  

Przykład 6
Jednorodna pozioma belka AB o ciężarze równym G jest oparta końcem A na stałej 
podporze przegubowej oraz końcem B na gładkiej równi pochyłej. W punktach D i E do 
belki przyłożone są siły P

1

P

2

. Obliczyć reakcje w punktach podparcia A i B. Dane 

liczbowe:
P

= 100 N, P

2

 = 800 N, G = 200 N, 

α  

= 45º, 

β 

= 60º, l = 4 m.

background image

R o z w i ą z a n i e. 
Oddziaływanie równi na koniec belki B, czyli reakcja R

więzów będzie prostopadła do 

płaszczyzny tej równi. Wynika to z faktu, że siła tarcia między płaszczyznami równi i belki 
równa się zeru. Kierunek reakcji R

w przegubie A nie jest znany, wiadomo tylko, że linia 

działania tej siły przechodzi przez środek przegubu, tj. przez punkt A. Reakcję tę 
rozkładamy na dwie składowe R

Ax

R

Ay

 wzdłuż osi prostokątnego układu współrzędnych  

Axy

. Tak więc belka jest obciążona trzema siłami zewnętrznymi i trzema reakcjami. 

Wyznaczamy wartości tych reakcji z trzech równań równowagi

                  
Rozwiązując powyższy układ równań otrzymujemy

                  
Stąd

                  

Przykład 7
Po belce podsuwnicowej AB porusza się suwnica, której wózek, składający się z dwóch 
kół tocznych, oddziałuje na belkę siłami P

1

P

2

. W jakiej odległości x od punktu A powinien 

wózek się zatrzymać, aby reakcja w punkcie B była dwukrotnie mniejsza od reakcji w 
punkcie A ? Dane liczbowe: P

= 4000 N i P

2

 = 2000 N, b = 1 m, l = 10 m.

background image

R o z w i ą z a n i e. 
Ponieważ siły  P

1

P

2

, działające na belkę, są pionowe oraz reakcja R

B

 ma kierunek 

pionowe, również reakcja R

A

 ma kierunek pionowy. Piszemy dwa równania równowagi

                  
Po rozwiązaniu tego układu równań, przy założeniu, że R

B

 = 0,5R

A

, otrzymujemy

                  

Przykład 8
Wyznaczyć reakcje podpory przegubowej stałej A i dwóch podpór przegubowych 
przesuwnych B i D oraz wzajemne oddziaływanie w przegubie C obydwu części belki 
ABCD. Dane liczbowe: P

= 1000 N, 

P

2

 = 2000 N, 

α  

= 30º, l = 1 m.

R o z w i ą z a n i e. 
W celu wyznaczenia reakcji  R

A

R

B

R

C

 i R

D

 rozważymy równowagę obu części belki.

Równania równowagi lewej części belki mają postać

background image

                  
Równania równowagi prawej części belki

                  
Otrzymaliśmy układ sześciu równań równowagi z sześcioma niewiadomymi. Po 
rozwiązaniu tego układu otrzymujemy

                  
Reakcje R

A 

R

C

 wynoszą

                  

Przykład 9
Dźwig o ciężarze własnym G = 5P, obciążony na wysięgniku siłą P, zainstalowano na torze 
jezdnym AB. Obliczyć reakcje kół dźwigu, reakcje utwierdzenia całkowitego w punkcie A i 
podpory przegubowej przesuwnej w punkcie B oraz reakcję w przegubie E, jeżeli AE = 4a,
BE = 8aCE = DE = a.

background image

R o z w i ą z a n i e. 
Reakcje utwierdzenia całkowitego w punkcie A sprowadzają się do reakcji R

A 

o nie 

znanym kierunku oraz momentu utwierdzenia M

A

. W podporze przegubowej przesuwnej w 

punkcie B i podporach kół dźwigu w punkcie C i D występują reakcje o kierunku 
pionowym, prostopadle do płaszczyzny poziomej (przesuwu). Reakcja przegubu 
sprowadza się do siły o nie znanym kierunku działania, przechodzącej przez oś tego 
przegubu. Z dwóch równań równowagi dźwigu (rys. b) wyznaczamy reakcje R

C

 i R

podpór jego kół

                  
Stąd

                  
Równania równowagi dwóch części belki AB, zgodnie z rys. d są następujące:

część belki BE

background image

               

część belki AB

              

Po rozwiązaniu tego układu otrzymujemy