KWALIFIKACJA BUD1 + BUD8 + BUD12 + BUD14 + BUD15 - CZERWIEC 2011

PYTANIE NR 28.
Oblicz wartość momentu bezwładności względem osi yo przedstawionego na rysunku przekroju.
Ilustracja przedstawia schematyczny rysunek przekroju prostokątnego wraz z osiami współrzędnych x0 i y0.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Dla prostokąta względem osi środkowej y0 stosuje się wzór Iy0 = h·b^3/12. Z rysunku: b = 2 cm (od -1 do 1), h = 3 cm (od -1,5 do 1,5). Po podstawieniu: Iy0 = 3·2^3/12 = 24/12 = 2,0 cm^4. Jednostką musi być cm^4, nie cm^3.

Pełne wyjaśnienie:

Moment bezwładności pola (drugi moment powierzchni) opisuje "sztywność" geometryczną przekroju na zginanie względem danej osi. Dla prostokąta liczonego względem osi środkowych obowiązują wzory:

  • Ix0 = b·h^3/12 (oś pozioma x0),
  • Iy0 = h·b^3/12 (oś pionowa y0).

W tym zadaniu przekrój jest symetryczny, a osie x0 i y0 przechodzą przez środek (0,0). Z odczytu skrajnych współrzędnych wynika, że szerokość wzdłuż osi x wynosi b = 2 cm (od -1 do 1), a wysokość wzdłuż osi y wynosi h = 3 cm (od -1,5 do 1,5).

Ponieważ pytanie dotyczy osi y0, podstawiamy do wzoru Iy0 = h·b^3/12:

Iy0 = (3 · 2^3) / 12 = (3 · 8) / 12 = 24/12 = 2,0 cm^4.

Odpowiedzi z jednostką cm^3 są niepoprawne, bo cm^3 dotyczy najczęściej wskaźnika wytrzymałości (W), a nie momentu bezwładności (I). Z kolei wartość 4,5 cm^4 odpowiadałaby momentowi względem osi x0 (Ix0 = 2·3^3/12), czyli byłaby skutkiem pomylenia osi lub zastosowania niewłaściwego wzoru. Na egzaminie warto zapamiętać zasadę: w momencie bezwładności "do potęgi trzeciej" podnosi się wymiar prostopadły do rozpatrywanej osi.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Moment bezwładności pola (drugi moment powierzchni) to miara rozkładu pola przekroju względem osi. Informuje, jak "sztywny" jest przekrój na zginanie: im większy moment bezwładności, tym mniejsze ugięcia i naprężenia przy tym samym obciążeniu (przy pozostałych założeniach).
Dla prostokąta względem osi przechodzących przez środek: Ix0 = b·h^3/12 oraz Iy0 = h·b^3/12. Kluczowe jest, aby do sześcianu podnieść wymiar prostopadły do rozpatrywanej osi, a drugi wymiar pozostaje w pierwszej potędze.
Moment bezwładności pola ma wymiar długości do czwartej potęgi, bo wynika z całkowania typu ∫y^2 dA, gdzie dA ma jednostkę cm^2, a y^2 ma cm^2. Razem daje cm^4. Jednostka cm^3 jest typowa dla wskaźnika wytrzymałości (W), a nie dla momentu bezwładności (I).
Odczytuj skrajne współrzędne krawędzi przekroju. Szerokość b wzdłuż osi x to różnica: xmax − xmin. Wysokość h wzdłuż osi y to ymax − ymin. Uwaga: wartości dodatnie i ujemne trzeba odjąć, a nie "przepisać" jako połowy wymiaru.
Patrz na oś wskazaną w treści. Dla osi y0 stosuje się Iy0, a do sześcianu wchodzi wymiar w kierunku osi x (szerokość b). Dla osi x0 stosuje się Ix0, a do sześcianu wchodzi wymiar w kierunku osi y (wysokość h).
Najczęściej myli się: (1) moment bezwładności I (cm^4) ze wskaźnikiem wytrzymałości W (cm^3), (2) wzory dla osi x0 i y0 (zamiana b i h w potędze trzeciej), oraz (3) odczyt wymiarów z rysunku (np. przyjęcie b=1 zamiast b=2).
Wartość 4,5 cm^4 jest typowa dla momentu bezwładności względem osi x0 przy wymiarach 2 cm × 3 cm, bo wtedy liczy się Ix0 = b·h^3/12. Jeśli pytanie dotyczy osi y0, taki wynik wskazuje na pomylenie osi albo zastosowanie niewłaściwego wzoru.
Sprawdź jednostkę (musi być cm^4) i to, który wymiar jest do sześcianu. Dla osi y0 do potęgi trzeciej idzie szerokość b; jeśli b jest mniejsze niż h, to Iy0 zwykle wyjdzie mniejsze niż Ix0. Taka kontrola wychwytuje wiele błędów egzaminacyjnych.
Moment bezwładności wykorzystuje się przy sprawdzaniu elementów na zginanie i ugięcia, np. belek, nadproży, podciągów czy rygli. Większy moment bezwładności oznacza zwykle większą sztywność elementu, co pomaga spełnić warunki użytkowalności (ugięcia) i nośności.
Wskaźnik wytrzymałości (W) ma jednostkę cm^3 i pojawia się w zależnościach naprężeń zginających (np. M/W). Moment bezwładności (I) ma cm^4 i występuje m.in. w zagadnieniach ugięć i sztywności (np. w wyrażeniach z E·I). Na rysunkach często podaje się oba zestawy wzorów.
info

Statystycznie 48% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

Eksperci podkreślają: "Dla prostokąta względem osi środkowej y0 stosuje się wzór Iy0 = h·b^3/12."

Źródła:

  • Wikipedia (PL): "Moment bezwładności pola" – https://pl.wikipedia.org/wiki/Moment_bezw%C5%82adno%C5%9Bci_pola (dostęp: 2026-02-27)
  • Wikipedia (EN): "Second moment of area" – https://en.wikipedia.org/wiki/Second_moment_of_area (accessed: 2026-02-27)
  • Engineering LibreTexts: "Area Moment of Inertia (Second Moment of Area)" – https://eng.libretexts.org/Bookshelves/Mechanical_Engineering/Strength_of_Materials/Area_Moment_of_Inertia (accessed: 2026-02-27)

Materiały:

  • Podręczniki do wytrzymałości materiałów (rozdziały: charakterystyki geometryczne przekrojów)
  • Tablice inżynierskie: momenty bezwładności i wskaźniki wytrzymałości podstawowych figur płaskich
  • Zadania rachunkowe z obliczania Ix i Iy dla figur płaskich (prostokąt, koło, ceownik) wraz z analizą osi

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego