Maschinenbau, Schwerpunkt Statik

Wie ich in meinem letzten Blogbeitrag sagte, ist Statik die Untersuchung, wie Kräfte auf und durch stationäre Objekte übertragen werden. Lassen Sie uns ein wenig darüber lernen, wie Maschinenbauingenieure Statik verwenden, um Probleme zu lösen.

Stellen Sie sich einen perfekt starren Brückenträger vor, der auf zwei Stützen sitzt (siehe Abbildung 1). Nehmen wir nun an, Sie entscheiden sich, darauf zu stehen. Das Gewicht Ihres Körpers würde auf den Balken drücken und ein System von Kräften erzeugen, die auf den Balken wirken. Wenn der Balken auf seinen Trägern bleibt und sich nicht bewegt (statisch bleibt), werden die Kräfte als “Gleichgewicht” bezeichnet. Mit anderen Worten, da sich der Strahl nicht bewegt, wenn er darauf steht, ist die Summe aller auf ihn einwirkenden Kräfte Null.

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Abbildung 1

Und was sagst du? Nun, dieses Konzept der Kräfte im Gleichgewicht hilft Maschinenbauingenieuren, die äußeren und inneren Kräfte zu analysieren, die auf stationäre Objekte wirken, die für uns im wirklichen Leben wichtig sind, wie Brücken, Maschinen, Verkehrszeichenmasten usw. Diese Analyse wird verwendet, um die Größen aller auf diese Objekte einwirkenden Kräfte zu berechnen, damit sie Teile der Objekte so konstruieren können, dass sie stark genug sind, um nicht zu brechen. Denken Sie daran, wenn Sie sich das nächste Mal darauf vorbereiten, eine Brücke in Ihrem Auto zu überqueren.

Um zu zeigen, wie dies funktioniert, betrachten Sie das zuvor erwähnte Brückenträgerszenario. Angenommen, Sie wiegen 150 Pfund und sind neun Fuß vom linken Ende des Brückenbalkens entfernt (siehe Abbildung 2). Sein Gewicht übt eine Kraft von 150 Pfund nach unten auf den Balken aus (ignorieren wir in diesem Fall das Gewicht des Balkens). Das Gewicht Ihres Körpers erzeugt Reaktionskräfte im Balken an Stütze A und Stütze B. Um diese Reaktionskräfte zu berücksichtigen, würde der Maschinenbauingenieur ein sogenanntes „Freikörperdiagramm“ zeichnen (siehe Abbildung 3).

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Figur 2

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Figur 3

Reaktionskräfte (F.EIN und F.zweite) auf den Stützen A und B am unteren Ende des Trägers nach oben drücken. Wenn der Strahl statisch bleibt, entspricht die Summe der Reaktionskräfte der 150-Pfund-Gewichtskraft Ihres Körpers. Das heißt, die Reaktionskräfte heben die 150-Pfund-Kraft auf, wenn sich der Strahl nicht bewegt und sich im Gleichgewicht befindet.

In unserem obigen Beispiel stehen Sie jedoch nicht genau in der Mitte des Strahls, daher sind die beiden Reaktionskräfte nicht gleich. Ein größerer Teil der Kraft Ihres Körpergewichts übt Druck auf Unterstützung B und weniger auf Unterstützung A aus. Wie werden in einer solchen Situation die Werte der Reaktionskräfte bestimmt? Sie betrachten “Momente”.

Ein Moment ist der Jargon des Maschinenbaus für eine Kraft multipliziert mit einer Distanz. Momente wollen Objekte drehen. Dies ist ein wichtiges Konzept in der Statik, denn wenn sich ein Objekt nicht bewegt, dreht es sich sicherlich nicht, sodass die Summe aller auf das Objekt einwirkenden Momente Null ist. Im Fall unseres Brückenbalkens wäre die Summe der auf Träger A einwirkenden Momente null oder mathematisch gesehen:

Summe M.EIN = [(FA) x (0 Feet)] – – [(150 Lb.) x (9 Feet)] + [(FB) x (15 Feet)] = 0

Mithilfe der Algebra können Sie den Wert der Reaktionskraft in Klammer B ermitteln:

[0] – – [(150 Lb.) x (9 Feet)] + [(FB) x (15 Feet)] = 0

[(FB) x (15 Feet)] = [(150 Lb.) x (9 Feet)]

F.zweite = 90 Pfund.

Was ist also mit der Reaktionskraft bei Unterstützung A? Wenn Sie sich erinnern, sagte ich, wenn der Brückenbalken statisch bleibt, ist die Summe aller auf ihn einwirkenden Kräfte Null. Wenn Sie das wissen, können Sie Algebra verwenden, um die Reaktionskraft auf Klammer A zu ermitteln:

F.EIN -150 Pfund + F.zweite = 0

F.EIN = 150 Pfund. – 90 lbs. = 60 Pfund.

Das ist also das Grundkonzept der Statik. Denken Sie daran, dass sich in der Statik nichts bewegt. Maschinenbauingenieure nutzen dies zu ihrem Vorteil, wenn sie die auf Objekte einwirkenden Kräfte analysieren.

Unser nächstes Thema wird sein: Dynamik, die Untersuchung der Auswirkungen von Geschwindigkeit und Beschleunigung und der daraus resultierenden Kräfte und Energie sich bewegender Objekte.
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Rätsel der letzten Woche: Jeder weiß, dass wir laufen, wenn er auf eine Uhr schaut, aber Maschinenbauingenieure wissen auch, dass wir Null hinzufügen, wenn sie eine feste Struktur betrachten. Was sind wir?

Antworten: Momente

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