Versione italiana
Esercizi sulla Statica dei Corpi Rigidi
Concetti Chiave
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Corpo Rigido: Un corpo che non deforma sotto l'azione di forze esterne. Le distanze tra i punti del corpo rimangono costanti.
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Equilibrio: Un corpo rigido è in equilibrio quando la somma delle forze e la somma dei momenti torcentali che agiscono su di esso sono entrambe nulle.
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Condizione di Equilibrio delle Forze:
\sum \vec{F} = 0 -
Condizione di Equilibrio dei Momenti:
\sum \vec{M} = 0
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Forza: Una grandezza vettoriale che causa un cambiamento nel moto di un corpo. È definita come il prodotto della massa e dell'accelerazione (\vec{F} = m \vec{a}).
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Momento Torcentale: Il momento torcentale rispetto a un punto è dato da:
\vec{M} = \vec{r} \times \vec{F}
dove \vec{r} è il vettore posizione dal punto di rotazione alla linea d'azione della forza.
Esercizio 1: Equilibrio di un Corpo Sospeso
Problema: Un corpo di massa m = 10 \, \text{kg} è sospeso a un gancio tramite un cavo. Calcola la tensione T nel cavo.
Soluzione:
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La forza peso del corpo è data da:
\vec{F}_g = m \cdot g = 10 \, \text{kg} \cdot 9.81 \, \text{m/s}^2 = 98.1 \, \text{N} -
In equilibrio, la tensione nel cavo deve bilanciare il peso del corpo:
T = F_g = 98.1 \, \text{N}
Quindi, la tensione nel cavo è T = 98.1 \, \text{N}.
Esercizio 2: Momento Torcentale su un Braccio
Problema: Un braccio di leva lungo L = 2 \, \text{m} sostiene un carico di F = 50 \, \text{N} a una distanza di d = 1 \, \text{m} dal punto di supporto. Calcola il momento torcentale M rispetto al punto di supporto.
Soluzione:
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Il momento torcentale è dato da:
M = F \cdot d -
Sostituendo i valori:
M = 50 \, \text{N} \cdot 1 \, \text{m} = 50 \, \text{N} \cdot \text{m}
Quindi, il momento torcentale è M = 50 \, \text{N} \cdot \text{m}.
Esercizio 3: Equilibrio di un Trave Orizzontale
Problema: Un trave orizzontale di lunghezza L = 4 \, \text{m} è sostenuto da due supporti A e B. Un carico di P = 200 \, \text{N} è posizionato a 2 \, \text{m} da A. Calcola le reazioni nei supporti A e B.
Soluzione:
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Denotiamo le reazioni nei supporti A e B come R_A e R_B.
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In equilibrio, la somma delle forze verticali deve essere zero:
R_A + R_B = P
Sostituendo i valori:
R_A + R_B = 200 \, \text{N} \quad (1) -
Calcoliamo il momento rispetto al punto A:
\sum M_A = 0 \implies R_B \cdot L - P \cdot d = 0
Sostituendo i valori:
R_B \cdot 4 - 200 \cdot 2 = 0 \implies R_B \cdot 4 - 400 = 0 -
Risolvendo per R_B:
R_B \cdot 4 = 400 \implies R_B = \frac{400}{4} = 100 \, \text{N}
-
Ora sostituiamo il valore di R_B nell'equazione (1) per trovare R_A:
R_A + 100 = 200 \implies R_A = 200 - 100 = 100 \, \text{N}
Quindi, le reazioni nei supporti A e B sono:
- R_A = 100 \, \text{N}
- R_B = 100 \, \text{N}
English version
Exercises on Statics of Rigid Bodies
Key Concepts
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Rigid Body: A body that does not deform under the action of external forces. The distances between the points of the body remain constant.
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Equilibrium: A rigid body is in equilibrium when the sum of the forces and the sum of the torques acting on it are both zero.
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Condition of Equilibrium of Forces:
\sum \vec{F} = 0 -
Condition of Equilibrium of Moments:
\sum \vec{M} = 0
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Force: A vector quantity that causes a change in the motion of a body. It is defined as the product of the mass and the acceleration (\vec{F} = m \vec{a}).
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Torque Moment: The torque moment about a point is given by:
\vec{M} = \vec{r} \times \vec{F}
where \vec{r} is the position vector from the point of rotation to the line of action of the force.
Exercise 1: Equilibrium of a Suspended Body
Problem: A body of mass m = 10 \, \text{kg} is suspended from a hook by a cable. Calculate the tension T in the cable.
Solution:
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The weight of the body is given by:
\vec{F}_g = m \cdot g = 10 \, \text{kg} \cdot 9.81 \, \text{m/s}^2 = 98.1 \, \text{N} -
In equilibrium, the tension in the cable must balance the weight of the body:
T = F_g = 98.1 \, \text{N}
Therefore, the tension in the cable is T = 98.1 \, \text{N}.
Exercise 2: Torque Moment on an Arm
Problem: A lever arm of length L = 2 \, \text{m} supports a load of F = 50 \, \text{N} at a distance of d = 1 \, \text{m} from the support point. Calculate the torque M about the support point.
Solution:
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The torque is given by:
M = F \cdot d -
Substituting the values:
M = 50 \, \text{N} \cdot 1 \, \text{m} = 50 \, \text{N} \cdot \text{m}
So, the torque is M = 50 \, \text{N} \cdot \text{m}.
Exercise 3: Equilibrium of a Horizontal Beam
Problem: A horizontal beam of length L = 4 \, \text{m} is supported by two supports A and B. A load of P = 200 \, \text{N} is placed at 2 \, \text{m} from A. Calculate the reactions at supports A and B.
Solution:
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Let the reactions at supports A and B be denoted as R_A and R_B.
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In equilibrium, the sum of the vertical forces must be zero:
R_A + R_B = P
Substituting the values:
R_A + R_B = 200 \, \text{N} \quad (1) -
Let's calculate the moment about point A:
\sum M_A = 0 \implies R_B \cdot L - P \cdot d = 0
Substituting the values:
R_B \cdot 4 - 200 \cdot 2 = 0 \implies R_B \cdot 4 - 400 = 0 -
Solving for R_B:
R_B \cdot 4 = 400 \implies R_B = \frac{400}{4} = 100 \, \text{N}
- Now let's substitute the value of R_B in equation (1) to find R_A:
R_A + 100 = 200 \implies R_A = 200 - 100 = 100 \, \text{N}
So, the reactions in supports A and B are:
- R_A = 100 \, \text{N}
- R_B = 100 \, \text{N}
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