KWALIFIKACJA BUD1 + BUD8 + BUD12 + BUD14 + BUD15 - CZERWIEC 2008

PYTANIE NR 26.
Współrzędne środka ciężkości figury przedstawionej na rysunku wynoszą
Ilustracja przedstawia wykres w układzie współrzędnych kartezjańskich z zaznaczoną figurą geometryczną w postaci schodkowej.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Figurę typu "L" dzieli się na dwa prostokąty: 1×3 (pole 3, środek w (0,5; 1,5)) oraz 1×1 (pole 1, środek w (1,5; 0,5)). Współrzędne centroidu liczy się jako średnią ważoną polami: xc=Σ(P·x)/ΣP, yc=Σ(P·y)/ΣP, co daje (0,75; 1,25).

Pełne wyjaśnienie:

Współrzędne środka ciężkości (centroidu) figury płaskiej jednorodnej wyznacza się jak punkt przyłożenia wypadkowej "ważonej" polem. Dla figur złożonych najwygodniejsza jest metoda podziału na proste figury (np. prostokąty), a następnie zastosowanie średniej ważonej.

W pokazanej figurze typu odwrócone "L" można wyróżnić dwa prostokąty:

  • Prostokąt o wymiarach 1×3 przylegający do osi (od x=0 do x=1 oraz od y=0 do y=3). Jego pole wynosi 3, a środek leży w połowie wymiarów, czyli w punkcie (0,5; 1,5).
  • Prostokąt o wymiarach 1×1 w dolnej prawej części (od x=1 do x=2 oraz od y=0 do y=1). Jego pole wynosi 1, a środek leży w punkcie (1,5; 0,5).

Następnie liczymy współrzędne centroidu całej figury ze wzorów:

xc = Σ(Pi·xi) / ΣPi
yc = Σ(Pi·yi) / ΣPi

Suma pól: 3+1=4. Moment "pól" względem osi x (dla współrzędnej xc): 3·0,5 + 1·1,5 = 1,5 + 1,5 = 3, więc xc=3/4=0,75. Analogicznie dla osi y: 3·1,5 + 1·0,5 = 4,5 + 0,5 = 5, więc yc=5/4=1,25.

Dlatego poprawna para to x = 0,75; y = 1,25. Odpowiedzi typu "x = 0; y = 0" odpowiadałyby narożnikowi układu, a nie punktowi równoważącemu pole. Warianty "x = 1; y = 2,00" lub "x = 1,25; y = 1,75" zwykle wynikają z błędnego odczytu środka jednego z prostokątów albo z pominięcia ważenia polami (traktowania obu części jak równych). Weryfikacja zdroworozsądkowa: centroid powinien leżeć bliżej większego pola (prostokąta 1×3), stąd x poniżej 1 i y powyżej 1, co zgadza się z (0,75; 1,25).

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Środek ciężkości (centroid) figury płaskiej jednorodnej to punkt, w którym można przyłożyć wypadkową ciężaru tak, aby dawała ten sam efekt statyczny co równomiernie "rozłożony" ciężar całej figury. W obliczeniach traktuje się go jak średnią ważoną elementów pola.
Najpierw dzielisz figurę na prostokąty, liczysz pole każdego z nich oraz współrzędne ich środków. Potem stosujesz wzory: xc=Σ(P·x)/ΣP i yc=Σ(P·y)/ΣP. Kluczowe jest, że "wagą" jest pole, a nie sama liczba części.
Bo większa część figury ma większy wpływ na położenie wypadkowej. Mnożenie przez pole odpowiada liczeniu momentów statycznych pola. Bez tego dostajesz wynik jak dla dwóch równych fragmentów, co zniekształca centroid w stronę mniejszych elementów.
Środek prostokąta leży w połowie jego wymiarów: jeśli prostokąt ma boki równoległe do osi, to x środka to średnia z x lewego i prawego boku, a y środka to średnia z y dolnego i górnego boku. To szybka metoda bez dodatkowych wzorów.
Nie zawsze. Dla niektórych figur wklęsłych centroid może wypaść w "pustej" części, poza obszarem wypełnionym. Jednak w wielu typowych kształtach L, zwłaszcza gdy jedno ramię jest wyraźnie większe, punkt bywa nadal w obrębie figury. Trzeba to ocenić z geometrii.
Wykonaj kontrolę: (1) współrzędne muszą mieścić się w zakresie wymiarów figury (min/max x i y), (2) punkt powinien być bliżej większych pól, (3) gdy figura nie ma symetrii, centroid rzadko wypada w "okrągłych" wartościach typu 0 lub 1. Taka kontrola wyłapuje błędy.
Najczęstsze pomyłki to: zły podział figury na części, błędne pola (np. 2×3 zamiast 1×3), pomylenie współrzędnych środka części (x z y), oraz zapomnienie o dzieleniu przez pole całkowite. Warto zapisać tabelkę: P, x, y, P·x, P·y.
Przydaje się m.in. do oceny mimośrodu obciążenia, wyznaczania wypadkowej ciężaru elementów płytowych, analiz stateczności, a także w uproszczonych modelach statycznych. W praktyce pomaga zrozumieć, gdzie "działa" ciężar nieregularnego elementu.
Możesz liczyć centroid jako "duży prostokąt minus wycięcie". Wtedy pole wycięcia traktujesz jak ujemne w sumach: Σ(P·x) i Σ(P·y). To często szybsze dla kształtów z otworami, ale wymaga pilnowania znaków i poprawnego środka wycięcia.
Przećwicz schemat: podział → pola → środki → sumy P, P·x, P·y → dzielenie. Warto umieć na pamięć środki podstawowych figur (prostokąt, trójkąt, koło) oraz robić kontrolę sensowności wyniku. To ogranicza błędy rachunkowe pod presją czasu.
info

Statystycznie 36% uczniów zna prawidłową odpowiedź. bardzo trudne

W praktyce zawodowej kluczowe jest to, że figurę typu "L" dzieli się na dwa prostokąty: 1×3 (pole 3, środek w (0,5; 1,5)) oraz 1×1 (pole 1, środek w (1,5; 0,5)).

Źródła:

  • Wikipedia (PL): "Środek masy" – sekcje dotyczące środka masy/ciężkości i uśredniania ważonego, https://pl.wikipedia.org/wiki/%C5%9Arodek_masy - dostęp 2026-02-27
  • Wikipedia (EN): "Centroid" – część o "Centroid of a composite shape", https://en.wikipedia.org/wiki/Centroid - dostęp 2026-02-27
  • Engineering LibreTexts: "Centroids of Composite Areas" (Statics), https://eng.libretexts.org/Bookshelves/Engineering/Statics/ - dostęp 2026-02-27

Materiały:

  • Notatki/rozdziały z mechaniki budowli lub statyki: środki ciężkości figur płaskich i figury złożone
  • Zbiory zadań z geometrii obliczeniowej dla budownictwa: centroidy i momenty statyczne pól
  • Materiały dydaktyczne (OER) o centroidach pól złożonych z przykładami krok po kroku

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego