KWALIFIKACJA MEC3 - TEST WIEDZY NR 4

PYTANIE NR 11.
Rozważ sytuację, w której dwie siły o jednakowej wartości działają na ciało w przeciwnych kierunkach. Jakie naprężenia mogą wystąpić wewnątrz ciała?
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Jeżeli dwie siły o jednakowej wartości działają na ciało w przeciwnych kierunkach współliniowo, to w przekrojach wewnętrznych powstaje obciążenie osiowe.
W typowym ujęciu takiego układu dla elementu "rozciąganego" pojawiają się naprężenia rozciągające, a nie zginające czy skręcające, bo brak momentu.

Pełne wyjaśnienie:

W ciele stałym działanie sił zewnętrznych powoduje powstanie sił wewnętrznych i odpowiadających im naprężeń w przekrojach. Gdy rozpatrujemy układ, w którym dwie siły mają jednakową wartość i są skierowane przeciwnie, najczęściej chodzi o obciążenie osiowe elementu (np. pręta/cięgna) – jedna siła "ciągnie" z jednej strony, druga "ciągnie" z drugiej strony.

W takim przypadku wewnątrz elementu pojawiają się naprężenia rozciągające. Są one związane z tym, że przekrój poprzeczny jest "rozrywany" (działa w nim siła normalna rozciągająca), a włókna materiału wydłużają się. To podstawowy model pracy cięgien, linek, prętów rozciąganych czy wielu śrub pracujących na rozciąganie.

  • "Naprężenia ściskające" wystąpiłyby w analogicznej sytuacji, gdy siły pchałyby materiał ku sobie tak, by skracać element (ściskanie osiowe). Sam fakt, że siły są przeciwne, nie oznacza automatycznie ściskania – liczy się sens obciążenia (ciągnięcie vs pchanie) i sposób przyłożenia do elementu.
  • "Naprężenia zginające" są typowe, gdy siły tworzą moment zginający (np. obciążenie poprzeczne belki lub siły przyłożone mimośrodowo względem osi), co powoduje jednocześnie rozciąganie jednych włókien i ściskanie innych.
  • "Naprężenia skręcające" wymagają momentu skręcającego (pary sił powodujących obrót przekroju), charakterystycznego dla wałów i elementów przenoszących moment obrotowy.

Na egzaminie warto szukać słów-kluczy: współliniowo/osiowo → rozciąganie/ściskanie; poprzecznie → zginanie/ścinanie; moment → skręcanie lub zginanie. Dzięki temu łatwiej dopasować rodzaj naprężeń do schematu obciążenia.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Naprężenia rozciągające to naprężenia normalne, które działają tak, że "rozrywają" przekrój i powodują wydłużanie elementu. W praktyce występują np. w cięgnach, wieszakach, prętach rozciąganych oraz w śrubach pracujących na rozciąganie.
Sprawdź, czy siły zewnętrzne "ciągną" końce elementu od siebie (rozciąganie), czy "pchają" je ku sobie (ściskanie). Kluczowy jest sens obciążenia i kierunek działania wzdłuż osi elementu, a nie tylko fakt, że siły są przeciwne.
Zginanie pojawia się, gdy istnieje moment zginający, zwykle od sił poprzecznych lub mimośrodu. Dwie siły przeciwnie skierowane, działające współliniowo wzdłuż osi elementu, nie tworzą momentu zginającego, więc dominują naprężenia osiowe (rozciąganie/ściskanie).
Naprężenia ściskające pojawiają się, gdy element jest obciążony osiowo "na ściskanie", czyli siły dążą do skrócenia elementu. Typowe przykłady to słupki, rozpórki, niektóre elementy ram i korpusów oraz pręty pracujące jako podpory.
Do skręcania potrzebny jest moment skręcający (para sił powodująca obrót przekroju). W praktyce dotyczy to wałów, osi i elementów przenoszących moment obrotowy, np. między silnikiem a przekładnią. Same siły osiowe nie wywołują skręcania.
Na rozciąganie często pracują cięgna, śruby i pręty napinające, wieszaki, zawiesia oraz elementy odciągowe. W diagnostyce warto kojarzyć rozciąganie z ryzykiem pęknięć i trwałego wydłużenia, a ściskanie z możliwością wyboczenia smukłych prętów.
W sensie wypadkowej zewnętrznej mogą dawać równowagę (wypadkowa 0), ale w materiale nadal mogą istnieć siły wewnętrzne i naprężenia. Element może być obciążony (np. rozciągany) mimo braku przyspieszenia całego ciała.
Naprężenia normalne działają prostopadle do przekroju (typowe dla rozciągania i ściskania). Naprężenia styczne działają równolegle do przekroju (typowe dla ścinania i skręcania). W zadaniach egzaminacyjnych pomagają słowa: "osiowo" → normalne, "moment" → styczne.
Wielu zdających kojarzy "dwie przeciwne siły" z obrazem belki uginanej, bo to częsty schemat z praktyki. To przykład heurystyki skojarzeń. Jeśli jednak brak informacji o obciążeniu poprzecznym lub mimośrodzie, właściwsze jest rozpoznanie obciążenia osiowego.
Szybka mapa:
  • Siła wzdłuż osi → rozciąganie/ściskanie
  • Siła poprzeczna → zginanie/ścinanie
  • Moment obrotowy → skręcanie
Najpierw ustal, czy jest moment (mimośród, obrót), dopiero potem wybieraj rodzaj naprężeń.
info

Statystycznie 68% uczniów zna prawidłową odpowiedź. średnie

Źródła:

  • R.C. Hibbeler, "Mechanika materiałów" (polskie wydania: rozdziały o rozciąganiu i ściskaniu osiowym) – źródło ogólne z wytrzymałości materiałów.
  • F.P. Beer, E.R. Johnston, J.T. DeWolf, D.F. Mazurek, "Mechanics of Materials", rozdział: Axial Loading (Normal Stress) – podstawy naprężeń rozciągających i ściskających.

Materiały:

  • Podręcznik do wytrzymałości materiałów (dział: rozciąganie i ściskanie osiowe)
  • Skrypty/notesy z mechaniki technicznej i podstaw wytrzymałości
  • Zadania z identyfikacji rodzaju obciążenia elementu na podstawie schematu sił

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego