6 Rijit cisimlerin düzlemsel kinetiği

Benzer belgeler
STATİK MÜHENDİSLİK MEKANİĞİ. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

ATALET MOMENTİ. Amaçlar 1. Rijit bir cismin veya rijit cisim sistemlerinin kütle atalet momentinin bulunması.

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

DİNAMİK DERS NOTLARI. Doç.Dr. Cesim ATAŞ

KATI CİSMİN DÜZLEMSEL KİNETİĞİ

Vektörler. Skaler büyüklükler. Vektörlerin 2 ve 3 boyutta gösterimi. Vektörel büyüklükler. 1. Şekil I de A vektörü gösterilmiştir.

KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

O xyz OXYZ. Düzgün Doğrusal Öteleme. O 1 in yörüngesi bir Doğru olacak

KATI CİSMİN DÜZLEMSEL KİNETİĞİ (Kinetik Enerji)

RİJİT CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

4.1 denklemine yakından bakalım. Tanımdan α = dω/dt olduğu bilinmektedir (ω açısal hız). O hâlde eğer cisme etki eden tork sıfır ise;

KATI CİSİMLERİN BAĞIL İVME ANALİZİ:

Fiz Ders 10 Katı Cismin Sabit Bir Eksen Etrafında Dönmesi

Gerilme Dönüşümü. Bölüm Hedefleri

KİNETİK ENERJİ, İŞ-İŞ ve ENERJİ PRENSİBİ

DİNAMİK. Ders_9. Doç.Dr. İbrahim Serkan MISIR DEÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü. Ders notları için: GÜZ

STATİK MÜHENDİSLİK MEKANİĞİ. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN

Gerçekte yükler yayılı olup, tekil yük problemlerin çözümünü kolaylaştıran bir idealleştirmedir.

STATİK MÜHENDİSLİK MEKANİĞİ. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN

z z Genel yükleme durumunda, bir Q noktasını üç boyutlu olarak temsil eden kübik gerilme elemanı üzerinde 6 bileşeni

Chapter 1 İçindekiler

VEKTÖRLER KT YRD.DOÇ.DR. KAMİLE TOSUN FELEKOĞLU

PROF.DR. MURAT DEMİR AYDIN. ***Bu ders notları bir sonraki slaytta verilen kaynak kitaplardan alıntılar yapılarak hazırlanmıştır.

1. STATİĞE GİRİŞ 1.1 TANIMLAR MEKANİK RİJİT CİSİMLER MEKANİĞİ ŞEKİL DEĞİŞTİREN CİSİMLER AKIŞKANLAR MEKANİĞİ DİNAMİK STATİK

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Saf Eğilme (Pure Bending)

ELEKTRİKSEL POTANSİYEL

DİNAMİK. Ders_10. Doç.Dr. İbrahim Serkan MISIR DEÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü. Ders notları için: GÜZ

BÖLÜM 9 ÇÖZÜLMESİ ÖNERİLEN ÖRNEK VE PROBLEMLER

RİJİT CİSMİN DÜZLEMSEL KİNETİĞİ: ENERJİNİN KORUNUMU

Ödev 1. Ödev1: 600N luk kuvveti u ve v eksenlerinde bileşenlerine ayırınız. 600 N

STATIK VE MUKAVEMET 4. Ağırlık Merkezi. Yrd. Doç. Dr. NURHAYAT DEĞİRMENCİ

EMAT ÇALIŞMA SORULARI

MECHANICS OF MATERIALS

TORK VE DENGE. İçindekiler TORK VE DENGE 01 TORK VE DENGE 02 TORK VE DENGE 03 TORK VE DENGE 04. Torkun Tanımı ve Yönü

Fizik 101: Ders 3 Ajanda

1. Hafta Uygulama Soruları

Karabük Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi... STATİK (2. Hafta)

TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ

Manyetik Alanlar. Benzer bir durum hareketli yükler içinde geçerli olup bu yüklerin etrafını elektrik alana ek olarak bir manyetik alan sarmaktadır.

MADDESEL NOKTALARIN DİNAMİĞİ

UYGULAMALI DİFERANSİYEL DENKLEMLER

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ 1. YILİÇİ SINAVI ( )

STATİK MÜHENDİSLİK MEKANİĞİ. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN

Noktasal Cismin Dengesi

HARRAN ÜNİVERSİTESİ 2016 YILI ZİRAAT FAKÜLTESİ FİNAL SINAVI SORU ÖRNEKLERİ

STATİK MÜHENDİSLİK MEKANİĞİ. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN

Doç.Dr. Cesim ATAŞ MEKANİK ŞEKİL DEĞİŞTİREN CİSİMLER MEKANİĞİ DİNAMİK

Mukavemet-II PROF. DR. MURAT DEMİR AYDIN

BÖLÜM 4: MADDESEL NOKTANIN KİNETİĞİ: İMPULS ve MOMENTUM

Konikler ÜNİTE. Amaçlar. İçindekiler. Yazar Doç.Dr. Hüseyin AZCAN

MADDESEL NOKTANIN EĞRİSEL HAREKETİ

KUVVET, MOMENT ve DENGE

MKM 308 Makina Dinamiği. Eşdeğer Noktasal Kütleler Teorisi

Fizik-1 UYGULAMA-7. Katı bir cismin sabit bir eksen etrafında dönmesi

2.2 Bazıözel fonksiyonlar

Mekanik. Mühendislik Matematik

Gerilme Dönüşümleri (Stress Transformation)

STATİK AĞIRLIK MERKEZİ. 3.1 İki Boyutlu Cisimler 3.2 Düzlem Eğriler 3.3 Bileşik Cisimler. 3.4 Integrasyon ile ağırlık merkezi hesabı

Bölümün İçeriği ve Amacı:

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü-Fizik Bölümü

Bölüm-4. İki Boyutta Hareket

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Fizik 101: Ders 17 Ajanda

Bölüm 6 AKIŞ SİSTEMLERİNİN MOMENTUM ANALİZİ

0.1 Katı Cismin Üç Boyutlu Hareketinin Kinetiği

TORK VE DENGE 01 Torkun Tanımı ve Yönü

Taşkın, Çetin, Abdullayeva

Bölüm 3: Vektörler. Kavrama Soruları. Konu İçeriği. Sunuş. 3-1 Koordinat Sistemleri

STATİK VE MUKAVEMET AĞIRLIK MERKEZİ. Öğr.Gör. Gültekin BÜYÜKŞENGÜR. Çevre Mühendisliği

RÖLATİF HAREKET ANALİZİ: İVME

DÜZLEMDE GERİLME DÖNÜŞÜMLERİ

BATMIŞ YÜZEYLERE GELEN HİDROSTATİK KUVVETLER. Yatay bir düzlem yüzeye gelen hidrostatik kuvvetin büyüklüğünü ve etkime noktasını bulmak istiyoruz.

MATERIALS. Basit Eğilme. Third Edition. Ferdinand P. Beer E. Russell Johnston, Jr. John T. DeWolf. Lecture Notes: J. Walt Oler Texas Tech University

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği ( 1. ve 2. Öğretim ) Bölümleri MÜH 110 Statik Dersi - 1. Çalışma Soruları 03 Mart 2017

MEKANİZMA TEKNİĞİ (3. Hafta)

MAK 308 MAKİNA DİNAMİĞİ Bahar Dr. Nurdan Bilgin

0.3 Sabit Nokta Etrafında Dönme (Düzlemsel)

2. POTANSİYEL VE KİNETİK ENERJİ 2.1. CİSİMLERİN POTANSİYEL ENERJİSİ. Konumundan dolayı bir cismin sahip olduğu enerjiye Potansiyel Enerji denir.

V =, (V = hacim, m = kütle, d = özkütle) Bu bağıntı V = olarak da yazılabilir G: ağırlık (yerçekimi kuvveti) G = mg p = özgül ağırlık p = dg dir.

( ) ( ) ÖABT Analitik Geometri KONU TESTİ Noktanın Analitik İncelemesi. Cevap D. Cevap C. noktası y ekseni üzerinde ise, a + 4 = 0 A 0, 5 = 1+

1977 ÜSS. 2 y ifadesi aşağıdakilerden hangisine eşittir? 1 x. 2 y. 1 y. 1 y. 1 x. 2 x. 2 x. 1 x. 1 y. 1 x. 1 y. 1 x. 1 y 2 C) 4 E)

İÇİNDEKİLER UZAY AKSİYOMLARI UZAYDA DOGRU VE DÜZLEMLER DİK İZDÜŞÜM

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

Momentum iletimi. Kuvvetin bileşenleri (Momentum akısının bileşenleri) x y z x p + t xx t xy t xz y t yx p + t yy t yz z t zx t zy p + t zz

Dinamik. Fatih ALİBEYOĞLU -10-

UZAY KAVRAMI VE UZAYDA DOĞRULAR

T.C. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ FİZİK-1 LABORATUVARI DENEY RAPORU

BATMIŞ YÜZEYLERE GELEN HİDROSTATİK KUVVETLER

Newton un ikinci yasası: Bir cisim ivmesi cisim üzerine etki eden toplam kuvvet ile doğru orantılı cismin kütlesi ile ters orantılıdır.

YAPI STATİĞİ MESNETLER

KKKKK VERİLER. Yer çekimi ivmesi : g=10 m/s 2. Metrik Ön Takılar sin 45 = cos 45 = 0,7

STATIK MUKAVEMET. Doç. Dr. NURHAYAT DEĞİRMENCİ

LİSELERARASI ORTAK DENEME SINAVI

1. BÖLÜM FİZİĞİN DOĞASI - VEKTÖRLER DENGE - MOMENT - AĞIRLIK MERKEZİ

VEKTÖRLER, KOORDİNAT SİSTEMLERİ, VE ELEKTROSTATİK KUVVETLER

UZAYDA VEKTÖRLER ve DOĞRU DÜZLEM

STATİK MÜHENDİSLİK MEKANİĞİ. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN

Newton un II. yasası. Bir cismin ivmesi, onun üzerine etki eden bileşke kuvvetle doğru orantılı ve kütlesi ile ters orantılıdır.

Transkript:

6 Rijit cisimlerin düzlemsel kinetiği 6.1 Giriş 5. bölümde rijit cisimlerin düzlemsel kinematiğinin ilişkilerini (denklemlerini) gördük. Bu bölümde bu ilişkileri kullanarak rijit cisimlerin iki boutlu hareketinde kuvvetlerin etkisini inceleeceğiz. 6. Bölüm 3. Bölüm gibi 3 kısımda (A, B, ve C) incelenecek. A kısmında kuvvetlerin ve momentlerin lineer ivmesi ile açısal ivmesi arasındaki bağıntılar, B kısmında işenerji ve C kısmında impuls-momentum bağıntılarını göreceğiz.

Kısım A : Kuvvet kütle ve ivme 6. Hareketin genel denklemleri 4. bölümde hareketin kuvvet ve moment vektörel eşitliklerini genel kütle sistemi için bulduk Bunu şimdi 3 boutlu rijit cisme ugulaalım.

Kuvvet eşitliği : ΣF=ma Moment eşitliği : ΣM G = H ɺ G idi. Düzlemsel hareketin denklemleri : Daha evvel azdığımız eşitlikleri düzlemsel harekete ugulaalım. Şekilde - düzleminde hareket eden rijit bir cisim görüoruz.

Cismin açısal hızı ve ivmesi pozitif z önünde olsun, ω=ωk ve α = αk. Genel sistemin kütle merkezine göre (4. Bölümde) açısal momentumu H = Σ ρ m G i ρɺ i i formülü ile verilmiştir.( ρ,m noktasal cismin kütle merkezine göre konum vektörü). Rijit cisim i i için kütle merkezi G'e göre bir noktanın bağıl hızı ρɺ = ω ρ dir. Bundan dolaı H G açısal momentum vektörünün büüklüğü : ρɺ = ω ρ, H = Σ ρ m ( ω ρ ) i i g i i i H = Σm i( ρ. ρ ) ω Σm i ( ρ.ω) ρ H G i i i i G = Σm ρ ω i i 0 i i

Yukarıdaki eşitlikteki toplam terimi Σρ m, i i ( ) dm ρ integrali ile ifade edilir. Bu ifade ( ρ ) dm rijit cismin kütle merkezinden geçen z eksenine göre atalet momenti G olarakta tanımlanır. Bundan dolaı H G = G ω azılır. Bölece moment denklemi ; Σ M = H ɺ = ω= ɺ α şeklini alır. Sonuç olarak rijit cisim için düzlemsel hareketin G G G G denklemlerini, Σ F = ma G ve Σ M = G Gα (BĐRĐNCĐSĐ DÜZLEMDE ÖTELEME ĐKĐNCĐSĐ DÜZLEMDE DÖNME) olarak elde etmiş olduk.

=ma G Serbest Cisim Diagramı Kinetik Diagramı KARTEZYEN KOOR: Eğrisel Koordinatlar: Σ F = ma G Σ F = ma = mρ ω=m ɺ ρ α t t i i Σ F = ma = mρ ω n G G n Σ M = α i Σ F = mag Σ F = mag Σ F = mag 4 Hareket Denklemi Σ Fz = m agz ( Kartezen Koor.) Σ M = G Σ M G = Gα G α

Alternatif moment eşitliği (Denklemi) 4. Bölümde bir noktasal cisim sistemi için herhangi bir P noktasına göre moment denklemleri; Σ M = Hɺ + ρ ma şeklinde çıkartmıştık ( ρ = ρ = PG idi). p G G G G

=ρ G sinθ ΣM = Hɺ + ρ m a, ρ = PG p G G G G Bu eşitliği boutlu rijit cisim için ΣM p = G α+m a G d şeklinde azabiliriz. Eğer rijit cisim sabit bir O noktası etrafında dönüorsa bu denklem ΣM o = o α şeklini alır.

ΣM = Hɺ + ρ a ΣM = Hɺ = α Hɺ = Hɺ = α p G G m G, G G G G G G ( π θ ) ρg G m G ρ ma = ρ a msin = a msinθ = a d G G G G ΣM Hareket Düzlemi; ( ρ m a ) Har.Düzlemi p G G ΣM O halde p G G p = α + ma d Düzlemsel Harekette NOT: Σ M = ( Hɺ ) + ρ ma idi. (4. Bölümde) p bağ p bağ G p P noktasını katı cismin sabit noktası alırsak dan Hɺ = α olur. Σ M = α + ρ ma p p p G p Σ MG = Gα = Hɺ G : P den geçen eksene göre atalet momenti (Kütle) p a ; P nin ivmesi ; ρ = PG dir. Eğer P = PG=0 ise p G G Σ M = p Σ M = p α olur. P noktası G kütle merkezi rolünü onar. α (skaler) p

6.3 Bağımsız vea Bağımlı Katı Cisim Hareketi: Şekildeki düşe düzlemde hareket eden roket bağımsız hareketli bir katı cisimdir. Fiziksel olarak hareketini sınırlaan bir engel oktur. Σ F = ma denklemlerini ugulaarak M Σ G = α

α açısal ivmesi ve a, a kütle merkezi ivmeleri hesaplanabilir. AB çubuğunun hareketi sınırlıdır. Bağımlı (Bağlı) hareket edebilir. Kütle merkezinin ivme bileşenleri ile çubuğun açısal ivmesi arasındaki bağıntı 5. bölümdeki kinematik bilgilerinden elde edilir sonra nedenle 5. Bölüm çok önemlidir. 6.4 Birbirine bağlı katı cisim sistemleri Σ F = ma ve Σ M = α denklemleri ugulanır. Bu Serbest Cisim Diagramı Kinetik Diagram

Cisimleri tekbir katı cisim sistemi samak ugundur. A bağ noktasındaki kuvvet iç kuvvet olur. Dikkate alınmaz. Σ F = Σ ma = m a + m a 1 1 Σ F = ma ve ΣM=α denklemlerini; Ve kefi bir P noktasına göre tüm dış kuvvetlerin momentleri toplamı α + α + m a d + m a d bileşkelerinin momentine eşit olur. Yani; 1 1 1 1 1 Σ M = Σ α + Σ mad B şeklini alır. p A ve B denklemleri ugulanarak sistemin bilinmeenleri çözülür. Denklem saısı etmez ise, sistem parçalara arılır her parça için Σ F = ma ve ΣM = α ugulanır. Vea VĐRTÜEL iş a da LAGRANGE denklemleri kullanılır.

6.5 Alan Atalet Momenti Eksene Göre: = da, r = + z = = da r da, Polar atalet momenti = ( + ) da = da + da = + z Alan atalet momenti göz önüne alınan eksene A alanının dağılımının ölçümü olup, alanın sabit bir özelliğidir. Boutu: (uzaklığın) 4 = 4 4 m dir. (S) göre

Gerçek cisimler için atalet momenti KÜTLE atalet momenti olarak hesaplanır. Kütlenin sözkonusu eksene göre dağılımının ölçümüdür. EKSENE GÖRE KÜTLE ATALET MOMENTĐ: a = rα = rω=r ɺ ɺɺ θ t Σ F = ma F = ma t F t =rαdm bulunur. Bunun OO ne göre momenti t ( α ) = α dir. r r dm r dm Bu tür kuvvetlerin toplam momenti katı Cismin tüm noktaları için r αdm integrali ile hesaplanır. NOT: Fn = mr ω nin OO ne göre momenti SFRDR. O' O. α ρ normal,n r m a n a t a. dm,dv F t teğet, t F n F =ΣF

M OO = r dm = r dm α α, α : tek r dm = ile gösterilir. Ve OO eksenine göre m kütlesinin KÜTLE ATALET MOMENTĐ adını alır. = r dm, cismin α açısal ivmesine karşı direncini temsil eder. = r dm = = ρ r dv ρ = ρ : oğunluk r (ρdv), V : Hacim dm sabit ise..aksi halde integral içerisinde kalır.

6.6 Atalet Yarıçapı (Radius Of Gration) A O. G (,) A O k A alanının ekseninden uzaklığı k olan ince bir şeride sıkıştıralım. = k A azılır. k e A alanının eksenine göre atalet arıçapı denir. k = A = k A

O k 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 A k = A. 00 0000 000 00000 00000 0 000 0 0 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 0000 k 00000 0000 00000 z 00000 0000 00000 0000 0000 00000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 000 0000 0000 0000 0000 000 0000 000 0000 000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 O 000 0000 0000 00000 0000 0000 00000 0000 00000 00000 0000 0000 00000 00000 0000 0000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 0 0 00 00 00 00 00 A = k A k = A z z z z NOT: A alanının göz önüne alınan eksene göre dağılımının ölçümünü ATALET YARÇAP olarak tanımlarız. Đndisi atarsak; m kütlesinin bir eksene göre atalet arıçapı

k = = m m vea k dir. NOT: A alanının G kütle merkezinin, vea G, G koordinatları ile atalet arıçapı karıştırılmamalıdır., A alanının elemanlarının eksenine olan uzaklıklarının ortalmasının karesidir. k ise elemanların eksenine olan uzaklıklarının karelerinin ortalamasıdır Yani A (Ortalamanın karesi, karelerin ortalamasından daha küçük) 6.7 Alan Atalet Momentinin Nakli (Transfer Of Aes) Kütle merkezinden geçen bir eksene göre bir cismin atalet momenti biliniorsa, paralel bir eksene göre atalet momentinin bulunması. Şekildeki iki paralele ekseni alalım.

= r dm + d m + d mdm 0 md = + + = + md = r dm o ( o o cos θ ) 0 (Kütle merkezinin u koordinatı sıfırdır), r = r + d + r d cosθ = r + d + r d dm o o o = r dm + d dm + d r cosθdm = + md ; = + md ve = + md azılır. z z z Düzlemsel harekette dönme, düzleme dik bir eksen etrafında olur. Bu nedenle kütle atalet momentini = r dm şeklinde bir tek sembol ile gösteririz. Ve eğer levha,

düzleminde hareket ediorsa, O dan geçen z eksenine göre atalet momenti 0 ile temsil edilir. Üç boutlu harekette ω = ωi + ωj + ωzk olabilir. Bu durumda,,z eksenlerine göre atalet momentlerini; ; ; zz ile temsil ederiz.

= r dm = ( + z ) dm = r dm = ( + z ) dm = r dm = ( + ) dm zz z Kütle atalet momenti ile Alan atalet momenti arasındaki benzerlik: = r dm = r ( ρtda) zz z z zz = ρt r z da = ρt z z Kütle atalet momenti birim alanın kütlesi ile z polar atalet momentinin çarpımına eşittir. Benzer olarak

= ρt ve Birim alanın kütlesi = ρt elde edilir. Birim Alanın Kütlesi Çift indis plakanın kütle atalet momentini ve tek indis plakanın ALAN atalet momentini temsil edior. NOT: Alan Atalet momentinde Kütle atalet momenti için z = + + = ρt + ρt = ρt( + ) = ρt = z zz zz = + idi. NOT: Bu bağıntı t kalınlığının vea z koordinatlarının ve nin anında küçük olması halinde geçerlidir. Bu bağıntı dz kalınlığındaki levha için diferansiel kütle elemanı ile ilgilenildiği zaman ararlıdır. d zz = d + d Şeklinde ugulanır.

6.8 Parçalı Cisimler = r dm ifadesi daima pozitiftir. Parçalı bir cismin bir eksene göre atalet momenti cismin her parçasının anı eksene göre atalet momentlerinin toplamına eşittir. Pozitif ve negatif hacimler tanımlanabilir. Kesilip çıkartılan alan ve hacimler negatif ala ve hacim olarak alınır. 6.9 Atalet Çarpanları = = dm Atalet çarpanları z = z = zdm olarak tanımlanırlar = z = z zdm Hesaplarda, alanlardaki gibi davranılır. Eksenlerin kadırılması geçerlidir:

= dm = ( + d)( + d) dm 0 0 = dm + d d dm + d dm + d dm 0 0 0 0 = + mdd + 0 + 0 0 0 ( 0, 0) z ve z için de benzer işlem apılır ve sıfır indisler atılırsa = + mdd z z = + mddz z = + mddz z azılır.

6.10 Koordinat Merkezinden Geçen Herhangi Bir M Doğrusuna Göre Atalet Momenti λ = 1, λ = li + mj + nk l,m,n doğrultman kosinüsleri M ( ) ( ) M = h dm = r λ r λ dm [ i j zk li mj nk ] = ( + + ) ( + + ) [( i + j + zk) ( li + mj + nk)] dm ( ) ( ) ( ) M = + z l + + z m + + n ml zln zmn dm = l + m + n lm ln mn elde edilir. M zz z z r λ = r λ sin θ = r sin θ = h h = (r λ) (r λ )

z z z z zz Öle,,z eksenleri bulabiliriz ki bu eksenlere göre azılan = ; z = z ; z = Atalet çarpanları sıfır olur. Yani 0 0 0 0 0 0 zz Đfadesine ATALET MATRĐSĐ vea ATALET TENSÖRÜ denir. Verilen bir noktadan geçen eksenlere göre atalet çarpanlarını ve atalet momentlerini alıoruz demektir. azılır. Böle eksenlere ASAL ATALET EKSENLERĐ denir.,, zz lere de ASAL ATALET MOMENTLERĐ DENĐR. NOT: Đki koordinat eksenini taşıan birbirine dik iki düzlem verilen cismin SĐMETRĐ DÜZLEMĐ ise tüm ATALET ÇARPANLAR sıfırdır. z

Problem 6.1: Şekildeki alanın 1 1 ve 1 1 eksenlerine göre atalet momentlerini bulunuz. Çözüm: G kütle merkezinden geçen, e göre: e göre kesit alınır. b / = da = ad = a = b / ab 3 b/ 3 3 b/ 1 = d a/ 3 a/ 3 ba 3 a/ 1 a/ = d = bd = b = Anı işlemler 1 ve b 1 1 için farklı sınırlarla kullanılır. d da=ad 00000 00000 00000 00000 G a 1 d da=bd

1 1 b 3 ab 1 da ad 3 0 = d = = = a 3 ba 1 da bd 3 0 = d = = = NOT: anı sonuçları iki katlı integral ile de elde ederiz. 1 1 a b = da = dd = ( d) d a 0 0 3 b a 3 a 3 1 3 b ab 1 = d = d b 3 = = 3 3 3 0 0 0 0 b a dd b a ab = = d= = 0 0 0 3 a 3 b 3 3 0 3 0 3

Problem 6.: Şekildeki arım dairenin; 1-), atalet momentlerini, -) Dairenin kalınlığı h m, maddenin oğunluğu ρ gr/cm 3 ise ' kütle atalet momentini hesaplaınız. NOT: ' kütle atalet momentinin z koordinatına bağlı olmadığına dikkat ediniz. Çözüm: da = ( rdθ ) dr = rdθ dr = da π R 3 ( sin θ) θ sin θ = r rd dr = r drdθ π 0 0 4 R 4 π R r = sin θdθ = sin θdθ 4 4 0 0 0 dθ R dr r θ. (r+dr)dθ rdθ

4 π 4 R 1 cosθ R θ 1 = dθ sin θ 4 = 4 4 0 4 4 R π R π = = 4 8 π 0 π R π R 3 = da = ( Rcosθ) rdrdθ = r cos θdrdθ 0 0 0 0 π 4 R 4 r R 1+ cos θ = cos θdθ = dθ 4 4 0 0 0 4 4 4 R sin θ π θ R π R π = + = = 4 4 0 4 8 π

-) Kütle Atalet Momenti: ' = ( ρhda) = ρh da = ρh ' dm 4 4 R π R ρhπ = ρh = 8 8 = ρ dm = dm ' Problem 6.3: Şekildeki kanal kesitinin ve eksenlerine göre atalet momentini elde ediniz. Çözüm: A alanı için A kütle merkezinden geçen eksene göre atalet momentidir. Buna kısaca O merkezi atalet momenti de denir. B alanları Ad = G + geçerlidir. d B = 'B + ( ad )( b + ) A da ' O e a 000 000 000 000 000 000 000 000 d B 000 000 000 000 000 000 000 000 c 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 d 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 A 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 c 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 a ' 1 ' d b b '' da' ' db'

Bütün kanalın eksenine göre atalet momenti = A + B azılır. Anı momentini kanal kesitinin alanı Ç = a(d + b) dikdörtgeninden alanı D c( b) = olan dikdörtgenin kesilip çıkarılması ile de elde ederiz. ekseni bu iki dikdörtgen için de merkezi eksen olduğundan paralel eksen teoremine göre [ ( ab) b + d hesabına gerek kalmaz] = C- D azılır. Bu ol daha koladır. nin hesabında her parça için paralel eksen teoremini kullanmak gereklidir. Bu nedenle parça saısını minimumda tutmak ararlıdır. Alanı Ç = a(b + d), D = a( b) olan parçalarda hesap apılırsa elde edilir. a a = G + a(b + d) e + + D + c( b)( e + d + )

Problem 6.4: ab dikdörtgeninin 1, 1 ve, eksenlerine göre atalet momentlerini bulunuz. Çözüm: = + Ad 1 1 3 a 1 = + ( ) ab ab 1 1. Örnek 1 1 1= ab + ab 1 4 1 3 1 = ab 3 3 3 b 1 a/ b O a b/ 1

3 1 Ad ba ab 1. Örnek 3 Ad ab ( ab) 3 3 3 3 3 Ad ba ab 1 a = + = + ( ) 1 1 3 1 3 1 3 1 = a b + a b = ba bulunur. 1 4 3 1 b = + = + 1 1 b 4ab 1 = ab + a = = ab 1 4 1 3 1 a = + = + ( ) 1 1 3 = ba 3 NOT: Kütle merkezinden eşit uzaklıkta olan paralel doğrulara göre atalet momentleri eşittir. Çünkü hesaplarda uzaklığın karesi er alır.

Problem 6.5: Örnek problem 3 deki kanal kesitinin, ve eksenlerine göre atalet momentlerini a=10 cm b=9 cm, d= cm, e=4 cm için hesaplaınız. Arıca J 0 polar atalet momentini bulunuz. Çözüm: A ve B parçalarının merkezlerinden geçen eksenlere göre atalet momentlerini A ve B ile gösterelim. = + A da + ( + A d ) A A A B B B 1 ( ) 3 ( )(0) = b d + bd + 1 1 d d a + ad b + 1 1 1 = ( 8) () + 0 + () (10) (10)()(8 ) 1 + + 1 3 ( ) 3 3 e O ' 1 ' a 000 000 000 000 000 000 000 000 d 000 B 000 000 00 00 00 00 00 00 c 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 d 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 A 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 c 00 00 00 00 00 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 a '' b b d da' ' db'

= 683 cm + (6.7 + 160) cm = 3936 cm 4 4 4 = + A da + ( + A d ) A A A B B B 3 d 3 a 1 1 = ( h) d + ( bd) e + + ( ) 1 da + ad e + 1 1 1 = (16)() + (8 )(4 + 1) + ()(10) (10)()(4 5) 1 + + 1 = 4384 cm 4 3 3 1 A A A ' B '' B B ' B ' 1 1 (16) () (16)()(8 1) (10)() 1 1 1 3 (10)()(16 + ) + (10)() 1 4 = 9768 cm 3 3 ' = + + + + ' J = + = 3936 + 4384 = 830 cm 0 = + A d + + A d + 4

Problem 5 e NOT: > dir. Bu normal, çünkü kanal kesitini etrafında döndürmek ekseni etrafında döndürmee göre çok daha koladır. Arıca atalet momenti r bağlı olduğu için de normaldir. Problem 6.6: Şekildeki üçgen alanı için atalet çarpanını hesaplaınız. Çözüm: 1 = da (dikdörtgenin arısını A alarak) 5 10 5 1 1 = d d = d 0 0 0 0 5 5 1 100 = 5 d = 0 0 5 = (5) = 31.5 5 O 00 0 000 0000 00000 0 00 000 0000 00000 0 00 0000 00000 0 00 000 A 0000 00000 0 00 000 d 0000 00000 0 00 000 0000 00000 d 0 00 000 0000 00000 0 00 000 0000 A 00000 0 00 10 5 Bu sonucu, sadece verilen A alanı için iki katlı integralle vea ve doğrultusunda d ve d kesimleri alınarak A için tek katlı integral ile de elde edebiliriz.

Problem 7: Şekildeki cismin asal atalet momentlerini hesaplaınız. Asal atalet eksenlerini belirleiniz. Çözüm: ve eksenlerine göre ve i hesaplaalım. = + 1 1 cm 1 (10 )(1 3 ) (10 )(0,5 ) = cm cm + cm cm 1 A 1 cm + 1 (1 cm )(11 cm ) + (11 cm )(6,5 cm ) 1 4 = 579 cm 3 Her alanın merkezsel ekseni simetri ekseni Olduğundan, her alanın merkezi eksenlere göre atalet çarpanı sıfırdır. O = + A 1 1 cm 1 1 (10 ) 3 (1 ) = cm cm 1 + (10 cm )(0,5 cm) = 337 cm 4

= + = + cm cm cm 1 + + 0 (11 )(0,5 )(6,5 ) = 60,75 cm Bu değerleri 4 0 (10 ) (5 )(0,5 ) cm cm cm + + mak,min = ± + formülünde azarsak 579 + 337 579 337 mak,min = ± + (60,75) 4 mak = 593, 4 cm ve min = 33, 6 cm 160,75 tan θ = p 0,50 = 579 337 = 4 θ = arctan(0,50) θ = 13,3 vea θ = 153,3 ve θ = 76,7 bulunur. p p p p

θ saat önünde ölçülür ( eksenine göre). X ekseninin 13,3 o dönmesi maksimum asal atalet eksenini ve anı derece kadar nin dönmesi de minimum atalet momentini verir. Problem 6.8: Şekildeki vagon oğunluğu ρ olan homojen bir dikdörtgen prizmadır. Vagonun kütle atalet momentini, AB ve OF e göre hesaplaınız. Bilinen sonuçları kullanınız. Çözüm: ' = + md 1 1 d : ile ' arasındaki uzaklık 1 m b c 1 ' = ( + ) z D E C O z' C a G F c B b A '

m b c = ( b + c ) + m + 1 m m m = b + c + b + c = 1 4 3 b + c Benzer şekilde AB için; ( ) ( ) ( ) = + md AB ' m a c ' = ( a + c ) + m + 1 m AB = ( a + c ) 3 ve OF doğrusu (Köşegeni için) = n + n + n A A A A A A d z z z z z z

m a c 3 belli; = AB = ( + ) m a b z = z ' + md3 = ( a + b ) + m + 1 m z = ( a + b ) 3 ' ' ' z ' ' z ' a b mab = ' ' + mdd = 0 + m = 4 burada d; ' den e dik uzaklık b c mbc z = ' z ' + mddz = 0 + m = 4 a c mac z = ' z ' + mddz = 0 + m = 4 = = = 0 çünkü cisim ', ', z ' eksenlerine göre simetriktir. OF doğrusunun birim vektörü

n OF ai + ck a c = = n =, n = OF a + c a + c a + c bulunur. Bölece m c m OF = d = ( b + c ) ( )(0) + a + c 3 a + c 3 m c mab mbc mac ac + ( a + b ) (0) (0) 3 a + c 4 4 4 a + c OF m a b + b c 3 a + c = m OF b 6 = d = + m a c + b a + c a c a + c

Problem 9: m kütleli, r arıçaplı dik silindirin O-O eksenine göre atalet momentini ve atalet arıçapını bulunuz. Çözüm: Kütle elemanı ρdv = ρtr dr dθ 0 0 ρ = oğunluk = = O-O 0 r dm π r π r 3 0 ( 0) 0 0 0 0 0 0 0 = r ρtr dr dθ = ρt r dr dθ 4 r 4 r ρtπ r 1 = ρt π = = ( ρπ r ) r 4 0 1 = mr cevap O.. t dθ r 0 dr 0 O

1 mr Atalet arıçapı r k = k = = cevap m m Problem 10 : r arıçaplı dolu bir kürenin (homojen) bir çapına göre atalet momentini ve atalet arıçapını hesaplaınız. Çözüm : Yarıçapı ve kalınlığı d olan küre kesitini alalım. 9. problemden bu elemansel (silindirin) atalet momenti r d 1 1 d = ( dm) = ( πρ d) ρπ d = r d ρ = sbt ( ),. r

Toplam moment + r ( ) πρ = d = r d r 8 4 = πρr = π r ρ r 15 5 3 = mr Cevap 5 5 3 mr 5 Atalet arıçapı k= k = = r m m 5 cevap

Problem 6.11: m kütleli dikdörtgen prizmanın merkezi 0 ve z eksenlerine göre ve prizmanın bir ucundaki eksenine göre atalet momentini bulunuz. Çözüm: