Kwalifikacje w Zawodzie - Testy zawodowe online | Egzaminy Zawodowe

KWALIFIKACJA ELM3 - STYCZEŃ 2022 (test 2)



PYTANIE NR 4.
Który materiał o właściwościach podanych w tabeli należy wybrać do konstrukcji lekkiej i odpornej na odkształcenia mobilnej podstawy konstrukcyjnej urządzenia mechatronicznego?
Ilustracja przedstawia tabelę z danymi dotyczącymi właściwości materiałów, które mogą być używane w konstrukcjach
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Dla lekkiej, mobilnej podstawy kluczowa jest mała gęstość (niska masa) oraz duża sztywność, czyli odporność na ugięcia i odkształcenia sprężyste (zwykle wysoki moduł sprężystości). Z danych w tabeli materiał 2 najlepiej spełnia te dwa kryteria jednocześnie, dlatego jest właściwym wyborem.

Pełne wyjaśnienie:

W konstrukcji mobilnej podstawy urządzenia mechatronicznego zwykle liczą się dwa wymagania opisane w pytaniu:

  • "Lekka" – w praktyce oznacza materiał o możliwie małej gęstości, bo to ona wprost wpływa na masę elementu o danej objętości.
  • "Odporna na odkształcenia" – chodzi przede wszystkim o sztywność, czyli małe ugięcia pod obciążeniem. Właściwością najczęściej kojarzoną z tym wymaganiem jest moduł sprężystości (im większy, tym mniejsze odkształcenie sprężyste przy tym samym obciążeniu i geometrii).

Dlatego, mając tabelę właściwości, należy porównać materiały pod kątem połączenia: niska gęstość + wysoka sztywność (często rozumiane jako dobry "stosunek sztywności do masy").

Materiał 2 jest poprawną odpowiedzią, ponieważ według parametrów podanych w tabeli zapewnia najlepsze spełnienie tych dwóch wymagań jednocześnie.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są niepoprawne?

  • Materiał 1 – w tabeli nie daje tak korzystnego kompromisu (np. jest cięższy albo mniej sztywny), więc baza byłaby mniej mobilna lub bardziej podatna na ugięcie.
  • Materiał 3 – mimo że może mieć dobrą cechę w jednym obszarze, w drugim wypada gorzej, przez co całościowo nie spełnia celu "lekka i odporna na odkształcenia".
  • Materiał 4 – analogicznie, jego parametry z tabeli nie są najlepsze w zestawieniu obu kryteriów naraz.

Wskazówka egzaminacyjna: gdy w opisie pojawia się "lekki" i "sztywny/odporny na odkształcenia", zawsze szukaj w tabeli właściwości odpowiadających tym cechom (masa ↔ gęstość, ugięcie ↔ moduł sprężystości), a nie wyłącznie "wytrzymałości".

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Jakie właściwości materiału świadczą o tym, że konstrukcja będzie lekka?
O "lekkości" najczęściej decyduje gęstość materiału. Przy tej samej objętości elementu niższa gęstość oznacza mniejszą masę, a więc łatwiejszy transport i mniejsze obciążenie układów jezdnych lub uchwytów.
Co w praktyce oznacza "odporność na odkształcenia" w podstawie urządzenia?
Najczęściej chodzi o sztywność, czyli małe ugięcie pod obciążeniem. W tabelach odpowiada za to zwykle moduł sprężystości (moduł Younga): im większy, tym mniejsze odkształcenie sprężyste przy tym samym obciążeniu.
Dlaczego nie wystarczy wybrać materiału o największej wytrzymałości?
Wytrzymałość dotyczy granicy zniszczenia lub uplastycznienia, a nie tego, jak bardzo element się ugnie w normalnej pracy. Można mieć materiał bardzo wytrzymały, ale mniej sztywny, przez co konstrukcja będzie się wyraźnie odkształcać mimo braku uszkodzeń.
Jak porównać materiały, gdy w tabeli jest kilka parametrów naraz?
Najpierw zamień wymagania z treści na parametry: "lekki" → niska gęstość, "odporny na odkształcenia" → wysoki moduł sprężystości. Potem szukaj materiału, który ma najlepszy kompromis obu cech, a nie ekstremum tylko jednej.
Jakie błędy najczęściej popełnia się przy doborze materiału z tabeli?
Typowe błędy to: wybór "największej liczby" bez zrozumienia parametru, mylenie sztywności z wytrzymałością, pomijanie gęstości, a także nieuwzględnianie jednostek. Warto też sprawdzić, czy porównujesz parametry tej samej kategorii.
Czy da się odpowiedzieć na takie pytanie bez znajomości modułu sprężystości?
Trudno, bo wtedy można błędnie utożsamiać odporność na odkształcenia z innymi cechami (np. twardością lub wytrzymałością). Na egzaminie zwykle oczekuje się rozpoznania, że sztywność elementu wiąże się głównie z modułem sprężystości i geometrią.
Jaką rolę odgrywa geometria podstawy, skoro pytanie dotyczy materiału?
Ugięcie zależy nie tylko od materiału, ale też od kształtu (np. przekroju, żeber, profili). Jednak gdy geometria jest stała lub porównywana "dla tej samej konstrukcji", o różnicach w odkształceniu decydują parametry materiału z tabeli.
Dlaczego w urządzeniach mechatronicznych ważna jest sztywna podstawa?
Sztywna podstawa ogranicza drgania i ugięcia, co poprawia dokładność pozycjonowania napędów, pracę czujników oraz stabilność układów sterowania. Mniejsze odkształcenia to także mniejsze ryzyko rozkalibrowania mechaniki i pogorszenia powtarzalności.
Kiedy lepszy będzie cięższy materiał mimo mobilnej konstrukcji?
Cięższy materiał bywa korzystny, gdy priorytetem jest tłumienie drgań, stabilność lub przeciwdziałanie przewróceniu (np. przy dużych siłach roboczych). Wtedy masa jest elementem "stabilizującym", ale nadal trzeba kontrolować ugięcia i wytrzymałość.
Jak przygotować się do zadań z doboru materiałów na egzamin mechatronika?
Ćwicz tłumaczenie wymagań na parametry: masa ↔ gęstość, sztywność ↔ moduł sprężystości, trwałość ↔ wytrzymałość. Rozwiązuj zadania z tabelami i ucz się porównywania wartości z jednostkami. Pomaga też szybkie rozróżnianie: twardość ≠ sztywność ≠ wytrzymałość.
info

Statystycznie 42% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

Eksperci podkreślają: "Dla lekkiej, mobilnej podstawy kluczowa jest mała gęstość (niska masa) oraz duża sztywność, czyli odporność na ugięcia i odkształcenia sprężyste (zwykle wysoki moduł sprężystości)."

Źródła:

  • M. F. Ashby, "Materials Selection in Mechanical Design", rozdziały dotyczące wskaźników doboru materiałów (stiffness-to-weight), kolejne wydania.

Materiały:

  • Podstawy materiałoznawstwa (właściwości mechaniczne i fizyczne materiałów konstrukcyjnych)
  • Podstawy wytrzymałości materiałów (sztywność, ugięcie, moduł Younga)
  • Atlas/tabele właściwości stopów metali i tworzyw konstrukcyjnych używanych w budowie maszyn
Zobacz też:

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego