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

PYTANIE NR 33.
Siła w pręcie S kratownicy wynosi
Ilustracja przedstawia schematyczny rysunek kratownicy, który jest często używany w kontekście egzaminów zawodowych
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
W rozpatrywanym węźle działa siła zewnętrzna P tylko w poziomie oraz dwa pręty: poziomy i pionowy S.
Warunek równowagi w pionie (ΣFy=0) spełnia wyłącznie pręt S, więc jego siła osiowa musi wynosić 0. Jest to klasyczny przykład pręta zerowego w kratownicy.

Pełne wyjaśnienie:

W kratownicach płaskich siły w prętach wyznacza się często metodą węzłową: analizuje się równowagę sił w kolejnych węzłach, zapisując warunki ΣFx=0 oraz ΣFy=0.

Tutaj kluczowy jest węzeł, do którego dochodzą dwa pręty: pręt poziomy (górny) oraz pręt pionowy oznaczony S. W tym samym węźle przyłożona jest siła zewnętrzna P działająca poziomo.

Rozpatrzmy równowagę w kierunku pionowym. W kierunku pionowym nie działa żadna składowa obciążenia P (bo P jest pozioma). Pręt poziomy również nie wnosi składowej pionowej do równowagi węzła (jego siła jest wzdłuż pręta, czyli poziomo). Jedynym elementem, który może "dawać" siłę w osi pionowej, jest pręt pionowy S. Aby spełnić warunek ΣFy=0, ta jedyna składowa pionowa musi być równa zeru, więc siła osiowa w pręcie S wynosi 0.

To jest typowa sytuacja pręta zerowego: element konstrukcji występuje w układzie (np. ze względów geometrycznych i usztywniających), ale w danym schemacie obciążenia i przy takim układzie węzła nie przenosi siły osiowej.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne? Wartości P, 2P oraz -2P sugerują, że pręt pionowy przenosi obciążenie zależne od poziomej siły P. To byłoby możliwe tylko wtedy, gdyby w węźle istniały dodatkowe siły o składowych pionowych (np. inny pręt nachylony, pionowe obciążenie, reakcja itp.). W analizowanym węźle takich składowych nie ma, więc przypisanie S wartości różnej od zera narusza równowagę w pionie.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Pręt zerowy to element kratownicy, w którym dla danego schematu obciążeń siła osiowa wynosi 0. Najczęściej wynika to z równowagi węzła: gdy w węźle są dwa pręty i brak obciążenia w danym kierunku, jeden z prętów może nie być obciążony.
Sprawdź pojedynczy węzeł i zapisz warunki ΣFx=0 i ΣFy=0. Jeżeli w danym kierunku tylko jeden pręt może wnieść składową siły, to aby spełnić równowagę jego siła musi być równa 0. To szybka reguła bez liczenia całej kratownicy.
W rozpatrywanym węźle działa obciążenie P poziomo oraz dochodzi pręt poziomy i pręt pionowy S. W kierunku pionowym nie ma żadnej innej siły poza siłą w pręcie S, więc z warunku ΣFy=0 wynika, że siła osiowa w S musi być równa 0.
Niekoniecznie. Pręt zerowy nie przenosi siły osiowej w danym przypadku obciążenia, ale może być potrzebny do usztywnienia, zapewnienia stateczności w innych stanach obciążenia albo do montażu. Usunięcie wymaga analizy innych kombinacji obciążeń i pracy przestrzennej.
Typowo: (1) węzeł z dwoma niekolinearnymi prętami bez siły zewnętrznej – oba pręty mogą mieć siłę 0; (2) węzeł z trzema prętami, z których dwa są współliniowe, a brak obciążenia – trzeci (niewspółliniowy) bywa zerowy. Klucz to analiza równowagi węzła.
Tak. Znak wynika z przyjętej konwencji: dodatnia wartość często oznacza rozciąganie, a ujemna ściskanie (lub odwrotnie – zależnie od zapisu). Wartość 0 jest jednoznaczna: pręt nie jest ani rozciągany, ani ściskany dla danego obciążenia.
Dla każdego węzła w kratownicy płaskiej zapisuje się dwa równania równowagi: ΣFx=0 oraz ΣFy=0. Zwykle zaczyna się od węzła, w którym występuje mało niewiadomych. Dzięki temu można stopniowo wyznaczać siły w prętach całej kratownicy.
To efekt intuicji, że "skoro działa P, to w najbliższym pręcie też jest P". W kratownicach liczy się jednak kierunek i składowe sił w węźle. Gdy obciążenie jest tylko poziome, a analizowany pręt jest pionowy i brak innych składowych pionowych, to z równowagi wynika siła 0.
Gdy w węźle pojawi się obciążenie pionowe (np. ciężar, reakcja, siła z innego elementu) albo dojdzie pręt ukośny wnoszący składową pionową. Wtedy równanie ΣFy=0 ma więcej składników i siła w pręcie pionowym zwykle przyjmie wartość różną od zera.
Ćwicz szybkie rozpoznawanie węzłów "prostych" (mało niewiadomych) i reguł prętów zerowych. Utrwal zapisy ΣFx=0, ΣFy=0, poprawne rysowanie sił osiowych w prętach oraz konsekwentną konwencję znaków. Najlepiej rozwiązać serię krótkich zadań na pojedyncze węzły.
info

Statystycznie 43% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

Według specjalistów z branży: "W rozpatrywanym węźle działa siła zewnętrzna P tylko w poziomie oraz dwa pręty: poziomy i pionowy S.Warunek równowagi w pionie (ΣFy=0) spełnia wyłącznie pręt S, więc jego siła osiowa musi wynosić 0."

Źródła:

  • Wikipedia: "Zero-force member" (hasło o prętach zerowych w kratownicach), https://en.wikipedia.org/wiki/Zero-force_member - accessed 2026-03-02
  • Wikipedia: "Truss analysis" (metody analizy kratownic, m.in. metoda węzłowa), https://en.wikipedia.org/wiki/Truss_analysis - accessed 2026-03-02

Materiały:

  • Podręczniki i skrypty do statyki budowli: kratownice płaskie, metoda węzłowa
  • Zbiory zadań z mechaniki budowli (analiza kratownic, pręty zerowe)
  • Materiały dydaktyczne szkół/uczelni: "pręty zerowe" i szybkie reguły rozpoznawania

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego