STATIIKKA. TF00BN89 5op

Samankaltaiset tiedostot
RTEK-2000 Statiikan perusteet. 1. välikoe ke LUENTOSALEISSA K1705 klo 11:00-14:00 sekä S4 klo 11:15-14:15 S4 on sähkötalossa

RTEK-2000 Statiikan perusteet 4 op

RAK Statiikka 4 op

RAK Statiikka 4 op

g-kentät ja voimat Haarto & Karhunen

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Fysiikan perusteet. Voimat ja kiihtyvyys. Antti Haarto

RAK Statiikka 4 op

Voimapari ja sen momentti

KJR-C1001: Statiikka L3 Luento : Jäykän kappaleen tasapaino

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

2.3 Voiman jakaminen komponentteihin

VUOROVAIKUTUKSESTA VOIMAAN JA EDELLEEN LIIKKEESEEN. Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet (mat/fys/kem suunt.), luento 1 Kari Sormunen

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Suhteellinen nopeus. Matkustaja P kävelee nopeudella 1.0 m/s pitkin 3.0 m/s nopeudella etenevän junan B käytävää

VUOROVAIKUTUKSESTA VOIMAAN JA EDELLEEN LIIKKEESEEN. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka, luento Kari Sormunen

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Luento 7: Voima ja Liikemäärä. Superpositio Newtonin lait Tasapainotehtävät Kitkatehtävät Ympyräliike Liikemäärä

KJR-C1001: Statiikka L2 Luento : voiman momentti ja voimasysteemit

Tasokehät. Kuva. Sauvojen alapuolet merkittyinä.

Tekijä Pitkä matematiikka Poistetaan yhtälöparista muuttuja s ja ratkaistaan muuttuja r.

Rakenteiden mekaniikka TF00BO01, 5op

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Luento 7: Voima ja Liikemäärä

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Vedetään kiekkoa erisuuruisilla voimilla! havaitaan kiekon saaman kiihtyvyyden olevan suoraan verrannollinen käytetyn voiman suuruuteen

RATKAISUT: 19. Magneettikenttä

Luento 5: Voima ja Liikemäärä

Nyt kerrataan! Lukion FYS5-kurssi

:37:37 1/50 luentokalvot_05_combined.pdf (#38)

Lineaarialgebra MATH.1040 / voima

9. Vektorit. 9.1 Skalaarit ja vektorit. 9.2 Vektorit tasossa

KJR-C1001: Statiikka L5 Luento : Palkin normaali- ja leikkausvoima sekä taivutusmomentti

DI Risto Lilja, kommentaattori RI, DI Aarre Iivonen Tampereen ammattikorkeakoulu, valvojana Olli Saarinen

2.2 Principia: Sir Isaac Newtonin 1. ja 2. laki

ARK-A.3000 Rakennetekniikka (4op) Rakenteiden mekaniikka II. Dipl.Ins. Hannu Hirsi.

NEWTONIN LAIT MEKANIIKAN I PERUSLAKI MEKANIIKAN II PERUSLAKI MEKANIIKAN III PERUSLAKI

Mb8 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) sivu 1/2

Kertausosa. 5. Merkitään sädettä kirjaimella r. Kaaren pituus on tällöin r a) sin = 0, , c) tan = 0,

T STATIIKKA 2 (3 OP.) OAMK

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

Lineaarialgebra MATH.1040 / trigonometriaa

Mekaniikkan jatkokurssi

RASITUSKUVIOT. Kuvioiden laatimisen tehostamiseksi kannattaa rasitukset poikkileikkauksissa laskea seuraavassa esitetyllä tavalla:

Tukilaitteet

Kitka ja Newtonin lakien sovellukset

SUORAN PALKIN TAIVUTUS

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet, tentti

Mb8 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) sivu 1/3

Fysiikan perusteet ja pedagogiikka (kertaus)

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

Luvun 5 laskuesimerkit

Vektorien pistetulo on aina reaaliluku. Esimerkiksi vektorien v = (3, 2, 0) ja w = (1, 2, 3) pistetulo on

SINI- JA KOSINILAUSE. Laskentamenetelmät Geodeettinen laskenta M-Mies Oy

Luvun 5 laskuesimerkit

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

Tekijä Pitkä matematiikka b) Kuvasta nähdään, että b = i 4 j. c) Käytetään a- ja b-kohtien tuloksia ja muokataan lauseketta.

SUORAN PALKIN RASITUKSET

c) Vektorit ovat samat, jos ne ovat samansuuntaiset ja yhtä pitkät. Vektorin a kanssa sama vektori on vektori d.

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Ota tämä paperi mukaan, merkkaa siihen omat vastauksesi ja tarkista oikeat vastaukset klo 11:30 jälkeen osoitteesta

RASITUSKUVIOT (jatkuu)

on radan suuntaiseen komponentti eli tangenttikomponentti ja on radan kaarevuuskeskipisteeseen osoittavaan komponentti. (ks. kuva 1).

Materiaalien mekaniikka

B. 2 E. en tiedä C ovat luonnollisia lukuja?

Juuri 3 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

0, niin vektorit eivät ole kohtisuorassa toisiaan vastaan.

Vastaavasti, jos vektori kerrotaan positiivisella reaaliluvulla λ, niin

Vinokulmainen kolmio. Hannu Lehto. Lahden Lyseon lukio

Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori!

Fysiikka 1. Dynamiikka. Voima tunnus = Liike ja sen muutosten selittäminen Physics. [F] = 1N (newton)

Lineaarialgebran laskumoniste Osa1 : vektorit

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

Viikon aiheet. Funktion lineaarinen approksimointi

DYNAMIIKKA II, LUENTO 5 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

Derivoimalla kerran saadaan nopeus ja toisen kerran saadaan kiihtyvyys Ña r

C. Montako prosenttia pinta-ala kasvaa, jos mittakaava suurenee 5%? a) 5 % b) 7 % c) 9 % d) 10 % e) 15 %

Koontitehtäviä luvuista 1 9

Määritetään vääntökuormitetun sauvan kiertymä kimmoisella kuormitusalueella Tutkitaan staattisesti määräämättömiä vääntösauvoja

2 Pistejoukko koordinaatistossa

y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

Piirrä kirjaan vaikuttavat voimat oikeissa suhteissa toisiinsa nähden. Kaikki kappaleet ovat paikallaan

15. Suorakulmaisen kolmion geometria

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Tapa II: Piirretään voiman F vaikutussuora ja lasketaan momentti sen avulla. Kuva 3. d r. voiman F vaikutussuora

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

Vektorilla on suunta ja suuruus. Suunta kertoo minne päin ja suuruus kuinka paljon. Se on siinä.

Fysiikka 1. Coulombin laki ja sähkökenttä. Antti Haarto

DYNAMIIKKA II, LUENTO 6 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

TÄSSÄ ON ESIMERKKEJÄ SÄHKÖ- JA MAGNETISMIOPIN KEVÄÄN 2017 MATERIAALISTA

1 Kompleksiluvut 1. y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

KALTEVA TASO. 1. Työn tavoitteet. 2. Teoria

Juuri 3 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Liikemäärän säilyminen Vuorovesivoimat Jousivoima

Transkriptio:

STATIIKKA TF00BN89 5op Sisältö: Statiikan peruslait Voiman resultantti ja jako komponentteihin Voiman momentti ja voimapari Partikkelin ja jäykän kappaleen tasapainoyhtälöt Tukivoimat Ristikot, palkit ja kehät. Rasitukset ja rasituskuviot eri kuormituksilla Rakenteiden rasituskuviot Robot ohjelmistolla 1

Kirjallisuus: Salmi Tapio, Statiikka, 2005, Pressus Oy Salmi Tapio, Teknillisen mekaniikan perusteet, 2006, Pressus Oy Hannu Outinen, Statiikka tekniikan opiskelijoita varten, osat I ja II, 2006 2008, Pressus Oy Opintojakson suorittaminen: Oppitunnit ja laskuharjoitukset Henkilökohtaiset harjoitustehtävät Koe (ei välikokeita) 2

Mekaniikan jaottelu: 3

Peruskäsitteitä 1. Avaruus on kaikkiin suuntiin rajattomasti ulottuva alue. Siihen liittyy käsite paikka, jonka selvittämiseen tarvitaan koordinaatisto sekä pituuden mittaus. Perusyksikkö on metri. 2. Aika käsitteeseen sisältyy tapahtumien järjestys. Sitä mitataan kelloilla. Perusyksikkö on sekunti. 3. Massa on kappaleen ominaisuus vastustaa liiketilansa muutosta. Sen mittaamiseen käytetään vaakaa. Perusyksikkö on kilogramma. 4. Voima edustaa kappaleiden välistä vuorovaikutusta. Se pyrkii muuttamaan kappaleen liiketilaa ja vaikuttaa joko kosketusvoimana tai kaukovoimana (esimerkiksi gravitaatiovoima). Voimalle on ominaista vaikutuspiste, suuruus ja suunta. Perusyksikkö on newton. 5. Partikkeli (massapiste) on kappale, jonka mitat ovat epäoleellisia kyseessä olevan tehtävän kannalta. 6. Jäykkä kappale on sellainen partikkelien kiinteä yhdistelmä, jossa kaikki välimatkat pysyvät muuttumattomina, kuormitetaan kappaletta miten tahansa. 4

7. Vapaakappalekuva (vkk) on piirros, jossa on esitetty tutkittavana oleva kappale (tai sen osa) tai kappaleryhmä vapautettuna ympäristöstään. Ympäristön vaikutus otetaan huomioon piirtämällä kaikki siitä aiheutuvat voimat (ulkoiset voimat) näkyviin vaikutuskohtiinsa. Peruslait 1. Voiman suunnikaslaki 2. Voiman siirtolaki 3. Hitauden laki 4. Dynamiikan peruslaki F ma 5. Voiman ja vastavoiman laki 6. Yleinen gravitaatiolaki F fm m r 1 2 2 5

Voiman suunnikaslaki Matemaattisesti: R F F Jos kaksi voimaa F 1 ja F 2 vaikuttavat jäykän kappaleen pisteeseen P, niin niiden yhteisvaikutus (vektorisumma) eli resultantti R voidaan esittää suuntaisjanalla, jonka pituus ja suunta yhtyvät sen suunnikkaan lävistäjään, jonka sivuina ovat annettuja voimia F 1 ja F 2 esittävät suuntaisjanat. 1 2 Voiman siirtolaki Jos jäykkään kappaleeseen vaikuttaa voima F siirretään pitkin vaikutussuoraansa, niin sen ulkoinen vaikutus pysyy muuttumattomana. Hitauden laki Partikkeli on levossa tai tasaisessa suoraviivaisessa liikkeessä aina, kun siihen ei vaikuta voimia tai siihen vaikuttavien voimien summa eli resultantti on nolla. 6

Dynamiikan peruslaki Jos partikkeliin vaikuttavien voimien resultantti on R, niin partikkeli saa kiihtyvyyden a siten, että on voimassa R ma Kerrointa m sanotaan massaksi. Voiman ja vastavoiman laki Jos partikkeli A vaikuttaa partikkeliin B ilman muiden partikkelien välitystä jollakin voimalla, niin partikkeli B vaikuttaa aina partikkeliin A partikkelien yhdysjanan suuntaisella yhtä suurella, mutta vastakkaissuuntaisella voimalla. Yleinen vetovoimalaki Kaksi partikkelia, joiden massat ovat m 1 ja m 2, vetävät aina toisiaan puoleensa partikkelien yhdysjanan suuntaisella voimalla, jonka suuruus on suoraan verrannollinen partikkelien välisen etäisyyden neliöön eli mm F r m kgs 3 1 2 11 missä = 6,67310 2 2 (yleinen gravitaatiovakio) 7

Trigonometrian kaavoja: Suorakulmainen kolmio b sin c a cos c tan b a c a b 2 2 2 sin cos Vinokulmainen kolmio Kosinilause c 2 a 2 b 2 2abcos Sinilause a b c sin sin sin 8

Voima kappaleiden välisen vuorovaikutuksen vaikutuskohtaa, voimakkuutta ja suuntaa kuvataan käsitteellä voima kosketusvoimat (kappaleet koskettavat toisiaan) kenttävoimat (sähkömagneettinen voima, gravitaatiovoima) Voima on vektorisuure vaikutuspiste suunta suuruus 9

Voimien resultantti Voima on aito vektori, toisin sanoen voimien yhteenlasku noudattaa suunnikaslakia. Voimavektoria R, jolla on sama ulkoinen vaikutus jäykkään kappaleeseen kuin kahdella samaan pisteeseen vaikuttavilla voimilla F 1 ja F 2 yhdessä, sanotaan näiden voimien resultantiksi. Alkuperäisiä voimia F 1 ja F 2 kutsutaan resultantin R komponenteiksi. Voimien F 1 ja F 2 yhteisvaikutus eli yhteenlasku R F F tehdään siis 1 2 suunnikaslain mukaisesti. Kahden voiman resultantti saadaan, kun piirretään yhteenlaskettavien voimien vektorit peräkkäin ja edellisen perästä piirretään vektori jälkimmäisen kärkeen. 10

Esimerkki Määritä voimien F1 15 kn ja F2 25 kn resultantti, kun voimien välinen kulma on 40. Ratkaisu: Graafisesti (piirtämällä) Kuviosta saadaan mittaamalla: R 38 kn 25 Trigonometrian avulla: Kosinilause: 2 2 2 R F F 2 F F cos140 1 2 1 2 ( 15 25 21525cos 140 )( kn) 2 2 2 = 1424,53 ( kn) 2 R 1424,53 ( kn) 37, 7 kn 2 11

Sovelletaan sinilausetta: R sin140 F2 sin sin R sin140 sin F2 sin 140 R sin140 sin F2 R sin140 25 kn 0, 425766 37, 7kN 25, 2 Tehtävä Laske kahden voiman F1 25kN ja F2 35kN, jotka ovat kulmissa 15 ja 25 vaakasuuntaan nähden (kuvan mukaisesti), resultantti ja sen suuntakulma. 12

Tehtävä Palkissa olevaan kiinnityslenkkiin vaikuttaa kaksi voimaa kuvan mukaisesti. Määritä näiden voimien resultantti R a) graafisesti b) trigonometrian avulla Tehtävä Kiinnityslenkkiin vaikuttaa kaksi voimaa kuvan mukaisesti. F 10kN ja F 6kN 1 2 Määritä a) resultantti R, kun 20 b) kulma, kun halutaan, että resultantti R on pystysuora. Vast: a) R 12, 5kN b) 31, 3 tai 149 13

Jos samaan vaikutuspisteeseen kohdistuu useita voimia F, F,... F mukaisesti, niiden summa eli resultantti R saa lausekkeen R F F... F n F 1 2 n i i=1 1 2 n kuvan Voiman jakokomponentteihin Pisteeseen P vaikuttaa alkuperäinen voima F. Jos on voimassa F F1 F2 voimia F 1 ja F 2 sanotaan voiman komponenteiksi. Komponentteihin jako voidaan tehdä äärettömän monella tavalla. 14

Suorakulmaiset komponentit Yleisin tapa jakaa komponentteihin on siten, että toinen komponenteista on vaakasuora ja toinen pystysuora Alemmasta kuvasta nähdään helposti, että F F F x Fx Fcos Fy Fsin y Esimerkki Kuvan kaltevalla tasolla olevaa lenkkiä vedetään köydellä voimalla F 10kN. Määritä a) x ja y akselien suuntaiset komponentit b) kaltevan tason ja sen normaalin suuntaiset komponentit Ratkaisu a) F 10cos60 5kN x F 10sin 60 8, 660kN y 2 2 ( F F F 10, 0) x y 15

b) F 10cos 40 7, 66kN t F 10sin 40 6, 43kN n 2 2 F 7, 66 6, 43 kn = 10,0kN Tehtävä Määritä edellisen esimerkin komponentit suuntiin t ja y, siis F ja F. t y Tehtävä Jaa kuvan voima F 20kN ristikon sauvojen AB ja AC suuntaisiin komponentteihin. 16

Samaan vaikutuspisteeseen kohdistuvien voimien resultantti R F F... F n F 1 2 n i i=1 saa komponenttimuodossa lausekkeet R F F... F R F F... F x 1x 2x nx y 1y 2y ny Tehtävä Palkissa olevaan kiinnityslenkkiin vaikuttaa kaksi voimaa kuvan mukaisesti. Määritä näiden voimien resultantti R voimien komponenttien avulla 17

Partikkelin tasapaino Määritelmä Partikkeli on tasapainossa, jos siihen vaikuttavien voimien resultantti häviää. Siis R 0 Kuvassa R F1 F2 F3 0 eli voimien F1, F2 ja F3 voimamonikulmio sulkeutuu. Tasapainoyhtälöt komponenttimuodossa (suorakulmainen koordinaatisto): R F F... F F 0 x 1x 2x nx ix i=1 n R F F... F F 0 y 1y 2y ny iy i=1 n 18