KWALIFIKACJA MEC3 + MEC5 + MEC8 + MEC9 - STYCZEŃ 2013

PYTANIE NR 29.
O ile można zwiększyć wartość siły F obciążającej belkę dwuteową wykonaną ze stali dla której naprężenia dopuszczalne na zginanie kg = 200 MPa, położoną na podporach w pozycji A, jeżeli przełożymy ją w pozycję B?
Ilustracja przedstawia schematyczne rysunki oraz tabelę związaną z pytaniem egzaminacyjnym dotyczącym technika mechanika.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
W zginaniu spełnia się warunek σ = M/W ≤ kg.
Przy tej samej rozpiętości i schemacie podparcia moment M jest proporcjonalny do siły F, więc dopuszczalne F rośnie tak jak wskaźnik wytrzymałości W. Przełożenie dwuteownika na "mocną" oś zginania zwiększa W 8‑krotnie, zatem F można zwiększyć 8 razy.

Pełne wyjaśnienie:

W zginaniu prostym belki o nośności decyduje warunek wytrzymałości na naprężenia normalne:

σ = M/W ≤ kg, gdzie M to maksymalny moment zginający od obciążenia, a W to wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie względem osi, wokół której belka jest zginana.

Dla tego samego schematu podparcia i tego samego rodzaju obciążenia (ta sama geometria belki na podporach) moment zginający M jest wprost proporcjonalny do siły F. Oznacza to, że jeżeli nie zmieniamy rozstawu podpór ani sposobu obciążenia, to o tym "ile razy" można zwiększyć F decyduje wyłącznie "ile razy" wzrośnie W.

Dwuteownik ma dwa istotnie różne kierunki pracy na zginanie:

  • oś mocna (duże I i duże W) – profil jest "wysoki" w kierunku zginania,
  • oś słaba (małe I i małe W) – profil jest "wąski" w kierunku zginania.

Po przełożeniu belki z pozycji A do pozycji B zmienia się oś zginania, a więc i wskaźnik wytrzymałości W. Jeżeli z rysunku wynika, że w pozycji B belka pracuje na osi mocnej, a w pozycji A na osi słabej, to W w pozycji B jest 8 razy większe. Skoro dopuszczalne naprężenie kg jest to samo, to dopuszczalny moment M (a wraz z nim siła F) może wzrosnąć dokładnie tyle samo.

Dlatego poprawne jest stwierdzenie: "8 razy."

Pozostałe odpowiedzi (2, 3, 4 razy) odpowiadają typowym błędom intuicyjnym: zaniżaniu wpływu orientacji przekroju lub myleniu jej ze zmianą pola przekroju. Obrót profilu nie zmienia ilości materiału, ale może radykalnie zmienić jego efektywne "ramię" względem osi obojętnej, co silnie wpływa na W i nośność na zginanie.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Wskaźnik wytrzymałości W opisuje "odporność" przekroju na zginanie względem danej osi. Występuje w zależności σ = M/W. Im większe W, tym mniejsze naprężenie przy tym samym momencie zginającym, albo tym większy moment (i obciążenie) można bezpiecznie przenieść.
Dwuteownik ma oś mocną i słabą. Po obróceniu profilu o 90° zmienia się oś zginania, a wraz z nią W (i pośrednio I). Zginanie względem osi mocnej daje znacznie większe W, więc belka może przenieść wielokrotnie większą siłę przy tym samym dopuszczalnym naprężeniu.
Dla niezmienionego schematu belki (te same podpory i ten sam typ obciążenia) maksymalny moment M jest proporcjonalny do siły F. Ponieważ warunek ma postać σ = M/W, to przy stałym dopuszczalnym σ i stałej geometrii obciążenia dopuszczalne F rośnie w tej samej krotności co W.
Dopuszczalne naprężenie kg to graniczna wartość naprężenia, której nie powinno się przekraczać w normalnej pracy elementu. Uwzględnia ono zapas bezpieczeństwa w stosunku do wytrzymałości materiału. W obliczeniach porównuje się je z naprężeniem obliczeniowym wynikającym z obciążenia.
Najprościej: sprawdź, czy "wysokość" dwuteownika jest ustawiona w kierunku zginania. Gdy półki są poziomo, a środnik pionowo i belka ugina się "w dół", zwykle pracuje na osi mocnej. Gdy profil jest obrócony bokiem i zginanie odbywa się względem mniejszego wymiaru, to jest oś słaba.
Nie. Obrót profilu nie zmienia pola przekroju ani masy. Zmienia natomiast rozkład materiału względem osi obojętnej, czyli parametry geometryczne istotne w zginaniu (np. I i W). Dlatego nośność na zginanie może się bardzo zmienić mimo tej samej ilości stali.
Najczęstsze pomyłki to: ignorowanie zmiany osi zginania, mylenie momentu bezwładności I z polem przekroju, oraz przyjmowanie "na oko" małych mnożników (2–4) bez powiązania z relacją σ = M/W. Warto zawsze szukać, co dokładnie zmienia się między pozycjami.
Nie zawsze. Jeśli pytanie brzmi "ile razy" i zmienia się tylko orientacja przekroju, a reszta warunków (podpory, obciążenie) pozostaje ta sama, często wystarczy rozumowanie proporcjonalne: F ∼ M ∼ W. Liczenie M jest potrzebne, gdy zmienia się schemat obciążenia lub rozpiętość.
Gdy konstrukcja pozwala na zmianę ustawienia elementu (miejsce montażu, kierunek obciążeń, brak kolizji), obrót profilu może dać dużą poprawę nośności bez zwiększania masy i kosztów materiału. W praktyce trzeba też sprawdzić stateczność, połączenia oraz warunki montażowe.
Zapamiętaj skrót: "M przez W daje σ" (σ = M/W). Gdy pytają o krotność dopuszczalnej siły, sprawdź co się zmienia: jeśli zmienia się tylko przekrój/orientacja, to zwykle krotność wynika z krotności W. Gdy zmienia się rozpiętość, krotność wynika z M(F, L).
info

Około 59% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. średnie

Źródła:

  • https://en.wikipedia.org/wiki/Flexure - accessed 2026-03-01
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Section_modulus - accessed 2026-03-01
  • https://en.wikipedia.org/wiki/I-beam - accessed 2026-03-01

Materiały:

  • Materiały dydaktyczne z wytrzymałości materiałów: zginanie proste belek, naprężenia normalne, wskaźnik wytrzymałości W
  • Tablice/wykresy własności geometrycznych profili dwuteowych: I_x, I_y, W_x, W_y
  • Zadania rachunkowe z mechaniki technicznej: belka swobodnie podparta, obciążenia skupione i równomierne

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego