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静力学 · 力のつり合い

動かないものの力学

力とモーメントがどうつり合って構造物を支えるかを目で。

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01力はベクトル、成分に分解できる
大きさと向きを持つ矢印、Fx = F cosθ、Fy = F sinθ、合成と単位ベクトル
#支線#風荷重#クライミングロープ
02複数の力は一つの合力にまとまる
頭-尾の合成と平行四辺形、ΣFx·ΣFyからR = √(ΣFx² + ΣFy²)、分解は合成の逆
#綱引き#タグボート#帆の風
03質点のつり合いは力の和がゼロだ
一点の力の和ゼロ、閉じた多角形、ΣFx=0·ΣFy=0、平衡力とケーブル張力
#信号機#吊り看板#アンカー環
04モーメントは回転の傾向、M = F × 垂直距離
M = F d、モーメントの腕(垂直距離)、符号 反時計+/時計-、モーメント合 ΣM とシーソー
#レンチ#シーソー#ドアノブ
05偶力は大きさ同じで逆向きの二力、純粋回転
合力0でもモーメントは残る、M = F d(間隔)、基準点によらぬ自由モーメント、力-偶力系
#ハンドル#蛇口#ドライバー回し
06剛体のつり合いは力の和0、モーメントの和も0
並進·回転とも0、平面三式 ΣFx·ΣFy·ΣM=0、反力の解法、静定·不静定
#棚受け#バルコニー#橋の支承
07自由物体図は物体を切り離して力をすべて描いた図
物体の隔離、支え=反力、ピン/ローラー/固定の反力数、完成FBD、解法の出発
#はしご#クレーンブーム#橋のピン支承
08節点法: トラスを一節点ずつ解く
二力部材、引張・圧縮の符号、節点=質点 ΣFx・ΣFy=0、三角トラスの解法、零力部材
#橋トラス#屋根トラス#送電鉄塔
09断面法: 切って一部材を直接解く
断面で棒を露出、片側を剛体FBD、ΣMモーメント中心の技、部材力の解法、節点法との比較
#鉄道橋#スタジアム屋根#片持ちトラス
10フレームと機械: ピンで分解して解く
多力部材、ピンでの分解、ピンの作用反作用の対、梁-筋かいフレームの解法、機械の機械的利点
#ペンチ#ショベルアーム#脚立
11分布荷重: 一つの合力に置き換える
分布荷重の強さw、合力=面積・作用点=図心、等分布W=wL@中央、三角W=½w0L@2/3、梁の反力
#屋根の積雪#本棚の重み#ダム水圧
12図心: 形の釣り合い点
図心=釣り合い点・面積平均、対称軸上、x̄ = ΣAx/ΣA 重み付け平均、合成図形の分割、標準図形の図心
#指でバランス#クレーン釣り合い錘#船の重心
13断面二次モーメント: 面積が軸からどれだけ離れているか
I = ∫y²dA 距離の二乗で重み付け、長方形 bh³/12、平行軸 I_c + Ad²、向きの効果、I形梁
#I形鋼#たわむ定規#床根太
14摩擦: 滑りに抗して自ら調整する力
摩擦は自己調整抵抗 F ≤ μs N、滑り直前 μs N、動摩擦 μk N、斜面 tan θ = μs、摩擦角 φ
#滑る斜面#車のブレーキ#立てかけはしご
15内力: 梁を切り開いて中が何を支えるかを見る
切断で内力 N・V・M を露出、片側FBDから読む、せん断図、曲げモーメント図、dM/dx = V で M 頂点
#橋桁#床梁#片持ちバルコニー
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