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静力学 わかりやすく

分布荷重 合力 わかりやすく

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

実際の荷重が一点にかかることはまれです。重さも風も水も長さ全体にわたって単位長さあたりの力、つまり強さ w で押します。扱うには荷重の下の面積に等しい一つの合力に替え、その面積の図心に作用させます。広がった力を一点に集めるのがこの回の全部です。

強さをドラッグすると分布荷重がどんなものか見えます。これは長さに沿って広がった力で、メートルあたりニュートン w で測り、矢印一つではなく並んだ矢印です。密なほど連続した押しに近くなります。

合力に替えると、全体の荷重がその下の面積に等しい一つの力に集まり、その力は面積の図心に置かれます。物体への効果はそのままです。形だけ点荷重に変わり、つりあいは同じです。

等分布荷重が最も単純です。面積が長方形なので合力は W = w L で真ん中に置かれ、長さをドラッグすると合力がそれに従って変わるのが見えます。強さが一様なら場所はいつも中央です。

三角形荷重は 0 から頂点まで大きくなります。面積が長方形の半分なので W = ½ w0 L で、頂点の側へ 2/3 の位置に作用し、頂点をドラッグするとその場所がそのまま付いてきます。尖った側が合力を自分の方へ引き寄せます。

ここではりを解きます。分布荷重を合力に替えたあとはただの点荷重なので、強さをドラッグすると支承反力がモーメントの和と縦の力の和から付いて出てきます。広がった図が一点に縮んだあとの仕事です。

実際に使う分布荷重は強さ w(単位長さあたりの力)で長さに沿って押し、核心はこれを一つの等価な合力に替えることです。大きさは荷重曲線の下の面積で、作用点はその面積の図心であり、等分布は真ん中で W = w L、三角形荷重は頂点側 2/3 の位置で W = ½ w0 L です。その一つの力に縮めたあと、はりは前と同じく ΣFx=0、ΣFy=0、ΣM=0 で解けます。広がった量が面積と図心に縮むという考えが、次の主題である図心の求め方へまっすぐ続きます。
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