普考申論題
106年
[土木工程] 工程力學概要
第 一 題
一、圖一中之矩形版受 5 個垂直集中載重之作用,若已知此力系之合力作用點為版的中心點,且知其大小為-215 kN(亦即 215 kN 朝下),試計算未知力F1、F2、F3之大小及其方向。(25 分)
📝 此題為申論題
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看到本題,首先要辨識出這是「空間平行力系」的平衡問題。題目已給定合力的大小、方向及作用點,這意味著我們可以透過靜力等效(Static Equivalency)的概念來求解未知力。解題順序應該是:1. 建立明確的三維坐標系,並從圖中讀取每個集中力的坐標位置(包含已知力與未知力F1、F2、F3)。2. 根據矩形版的長寬尺寸,推算出「版中心點」的確切坐標,這就是合力的作用點。3. 利用合力等於各分力之代數和(ΣF_z = R_z),以及合力對x軸與y軸產生的力矩等於各分力對同軸力矩之和(伐里農定理 ΣM_x = R_z × y_c,ΣM_y = R_z × x_c)建立三個方程式。由於有三個未知數,這三個聯立方程式恰好可以解出F1、F2、F3。時間分配建議為 20 分鐘以內,重點在於座標的判讀與力臂力矩正負號的仔細確認。
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【考點分析】 本題主要測驗考生對於「空間平行力系合成」與「靜力等效系統」的理解。考點包含空間中各力的坐標定位、合力與分力之間的關係,以及力矩平衡原理(伐里農定理)的應用。 【理論/法規依據】
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