KWALIFIKACJA MEC3 + MEC5 + MEC8 + MEC9 - STYCZEŃ 2013

PYTANIE NR 31.
Który z wykresów momentów gnących jest prawidłowy dla belki przedstawionej na rysunku, obciążonej równomiernie rozłożonym q?
Ilustracja przedstawia schemat belki obciążonej równomiernie rozłożonym obciążeniem q.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Wykres momentu gnącego musi być zgodny z obciążeniem ciągłym q: zmienia się gładko, a jego krzywizna wynika z zależności M''(x) = −q. Dodatkowo w miejscach podparcia/przegubów spełnia odpowiednie warunki brzegowe (często M=0). Spośród podanych rysunków tylko wariant 3 spełnia te cechy.

Pełne wyjaśnienie:

Przy obciążeniu równomiernie rozłożonym q na odcinku belki przebiegi sił wewnętrznych mają charakterystyczne własności:

  • Siła tnąca V(x) zmienia się liniowo (bo V'(x) = −q).
  • Moment gnący M(x) jest funkcją drugiego stopnia, czyli ma kształt krzywej "parabolicznej" (bo M'(x)=V(x), a więc M''(x)=V'(x)=−q).

Dlatego prawidłowy wykres momentu dla przypadku z obciążeniem q powinien być gładki (bez załamań typowych dla obciążeń skupionych) i mieć stały znak krzywizny na odcinkach, gdzie q jest stałe.

Drugim kryterium są warunki brzegowe wynikające ze schematu podparcia pokazanego na rysunku belki. W typowych zadaniach:

  • dla podpór przegubowych/rolkowych moment w punkcie podparcia jest równy zero, więc wykres M(x) powinien przecinać oś w tych miejscach,
  • dla utwierdzenia moment na końcu jest na ogół niezerowy, więc wykres nie musi przechodzić przez zero, ale musi być zgodny z reakcjami i znakiem zginania.

Wariant 3 jest prawidłowy, ponieważ odpowiada sytuacji, w której przebieg M(x) ma właściwy typ funkcji (krzywa drugiego stopnia) oraz spełnia wymagane wartości na końcach zgodnie z pokazanymi podporami. Pozostałe warianty są błędne typowo z następujących powodów:

  • Wariant 1: zwykle przedstawia przebieg o niewłaściwym kształcie (np. liniowy lub "łamany"), co odpowiadałoby innemu rodzajowi obciążenia niż równomierne q.
  • Wariant 2: często ma niezgodne warunki brzegowe (np. niezerowy moment w przegubie) albo złą wypukłość wynikającą z błędnej konwencji znaków.
  • Wariant 4: bywa mylony z wykresem innej wielkości (np. siły tnącej) lub ma maksimum/minimum w miejscu niezgodnym z warunkiem V(x)=0 dla ekstremum M(x).

Wskazówka egzaminacyjna: najpierw rozpoznaj kształt (UDL → moment "paraboliczny"), potem sprawdź wartości w podporach i dopiero na końcu położenie ekstremum (tam, gdzie V(x)=0).

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Moment gnący to wewnętrzny efekt sił w przekroju belki, który powoduje jej zginanie. Opisuje "tendencję do obrotu" jednej części elementu względem drugiej. Wykres momentu pokazuje, gdzie zginanie jest największe, czyli gdzie zwykle pojawiają się największe naprężenia od zginania.
Dla stałego obciążenia ciągłego q moment zmienia się gładko i ma przebieg krzywej drugiego stopnia (potocznie: paraboliczny). Jeśli w odpowiedziach widzisz wykres liniowy lub "łamany", to częściej odpowiada on sile tnącej albo obciążeniu skupionemu, a nie równomiernie rozłożonemu.
Bo są ze sobą powiązane pochodnymi: V'(x) = −q, a M'(x) = V(x). Gdy q jest stałe, to V(x) jest liniowe, a M(x) jest "o stopień wyżej", czyli krzywoliniowe. Ta zależność pomaga szybko odróżnić, czy dany rysunek dotyczy V czy M.
W zadaniach szkolnych najczęściej: w podporze przegubowej/rolkowej moment w tym punkcie wynosi 0, więc wykres M powinien przechodzić przez oś. W utwierdzeniu moment może być niezerowy. Zawsze warto sprawdzić, czy wykres zachowuje się sensownie dokładnie w miejscach podparcia.
Maksimum (lub minimum) momentu wypada tam, gdzie siła tnąca V(x) przechodzi przez zero. Dla symetrycznego obciążenia równomiernego i symetrycznych podpór (częsty przypadek belki swobodnie podpartej) punkt ten bywa w środku rozpiętości, ale zależy to od schematu podparcia.
Tak, bo wpływa na to, czy wykres jest "nad" czy "pod" osią oraz na jego wypukłość w danej konwencji znaków. Uczniowie często wybierają dobry kształt, ale odwrócony znakowo. W praktyce kluczowe jest trzymanie jednej konwencji i sprawdzenie, czy wykres zgadza się z reakcjami i podporami.
Wykres ugięcia opisuje przemieszczenie (jednostki długości), a moment ma jednostki siła razy długość. Na rysunkach egzaminacyjnych ugięcie bywa "najbardziej gładkie" i zależy od sztywności EI, natomiast moment wynika bezpośrednio z obciążeń i podpór. Nie należy ich mylić po samym kształcie.
Najczęstsze to: mylenie momentu z siłą tnącą (wybór wykresu liniowego), ignorowanie warunków w podporach (np. M≠0 w przegubie), oraz odwrócenie znaku (wykres "do góry nogami"). Pomaga szybka checklista: kształt, wartości na końcach, miejsce ekstremum.
Można rozwiązać je jakościowo: ustal rodzaj obciążenia (q → krzywa drugiego stopnia dla M), sprawdź warunki brzegowe w podporach, a potem oceń, gdzie powinno być ekstremum (tam, gdzie V=0). Często to wystarcza, by wyeliminować 2–3 odpowiedzi bez pełnych obliczeń.
Pomagają rozumieć, gdzie element nośny urządzenia jest najbardziej obciążony i gdzie może dojść do trwałych odkształceń lub pęknięć. Przy montażu i doborze podparć ważne jest, by nie tworzyć niekorzystnych schematów obciążenia. Wiedza o momentach ułatwia bezpieczne użytkowanie konstrukcji wsporczych.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 61% zdających egzamin. średnie

Według specjalistów z branży: "Wykres momentu gnącego musi być zgodny z obciążeniem ciągłym q: zmienia się gładko, a jego krzywizna wynika z zależności M''(x) = −q."

Źródła:

  • R.C. Hibbeler, "Mechanics of Materials", rozdział: Shear and Moment Diagrams (wykresy V i M dla belek)
  • F.P. Beer, E.R. Johnston Jr., J.T. DeWolf, D.F. Mazurek, "Mechanics of Materials", rozdział o belkach i zależnościach obciążenie–siła tnąca–moment
  • J.M. Gere, B.J. Goodno, "Mechanics of Materials", część/rozdział dotyczący wykresów sił wewnętrznych w belkach

Materiały:

  • Podręcznik do wytrzymałości materiałów: rozdział o belkach, wykresach V(x) i M(x)
  • Zestawy zadań z mechaniki/wytrzymałości: wykresy sił wewnętrznych dla typowych schematów
  • Notatki/ściąga: warunki brzegowe momentu w podporach i w utwierdzeniu

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego