KWALIFIKACJA MEC3 + MEC5 + MEC8 + MEC9 - CZERWIEC 2010

PYTANIE NR 30.
Ile wynosi wskaźnik wytrzymałości na zginanie belki o przekroju kwadratowym i boku 6 cm?
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Wskaźnik wytrzymałości (moment oporu) dla przekroju kwadratowego wynosi W=a3/6. Dla boku a=6 cm: W=63/6=216/6=36 cm3. Jednostka cm3 wynika z tego, że W=I/ymax (cm4/cm).

Pełne wyjaśnienie:

Wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie (często nazywany momentem oporu i oznaczany W) jest parametrem geometrycznym, który informuje, jak "korzystny" jest kształt przekroju przy przenoszeniu zginania. Występuje bezpośrednio we wzorze na naprężenia normalne przy zginaniu:

σ = M / W, gdzie M to moment zginający. Im większe W, tym mniejsze naprężenia dla tego samego M.

Dla przekroju kwadratowego o boku a obowiązuje zależność:

W = a3 / 6.

Można ją też wyprowadzić z definicji W = I / ymax, gdzie:

  • I – moment bezwładności przekroju względem osi obojętnej (dla kwadratu: I = a4/12),
  • ymax – odległość od osi obojętnej do skrajnego włókna (dla kwadratu: ymax = a/2).

Wtedy: W=(a4/12)/(a/2)=a3/6.

Obliczenia dla a=6 cm:

W = 63/6 = 216/6 = 36 cm3.

Dlaczego pozostałe wartości nie pasują? "12 cm3" wynika z błędnego podstawienia lub pomylenia dzielenia. "108 cm3" odpowiadałoby np. połowie 216 i sugeruje pominięcie części przekształceń. "216 cm3" to samo a3, czyli liczba bez zastosowania współczynnika 1/6 — to częsty błąd, bo 63 jest łatwe do zapamiętania, ale nie jest definicją W.

Warto też kontrolować jednostki: I ma jednostkę cm4, a po podzieleniu przez cm (ymax) otrzymuje się cm3, co jest zgodne z wynikiem.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Wskaźnik wytrzymałości (moment oporu) W to parametr geometryczny przekroju używany przy zginaniu. Łączy moment zginający z naprężeniem: σ=M/W. Większe W oznacza mniejsze naprężenia przy tym samym obciążeniu.
Dla kwadratu o boku a stosuje się wzór W=a³/6. W praktyce: oblicz a³ (a·a·a), a potem podziel przez 6. To najszybsza metoda, jeśli przekrój jest symetryczny i zginany w typowy sposób.
Jednostka wynika z definicji W=I/y. Moment bezwładności I ma jednostkę cm⁴, a odległość y ma cm. Dzielenie cm⁴ przez cm daje cm³, więc poprawną jednostką dla W jest cm³.
W zginaniu prostym naprężenie normalne oblicza się ze wzoru σ = M / W. Jeśli rośnie moment M, naprężenia rosną. Jeśli rośnie W (np. większy bok przekroju), naprężenia maleją, co poprawia bezpieczeństwo elementu.
Wartość 216 cm³ to dla a=6 cm, ale w momencie oporu dla kwadratu występuje jeszcze podział przez 6: W=a³/6. Pominięcie "/6" to częsty błąd rachunkowy i prowadzi do wyniku zawyżonego.
I opisuje "rozłożenie pola" względem osi i ma jednostkę cm⁴, a W jest używane bezpośrednio do naprężeń przy zginaniu i ma cm³. Zapamiętaj: jeśli w zadaniu jest σ=M/W, to szukasz W, nie I.
Gdy trzeba ocenić lub dobrać element konstrukcyjny narażony na zginanie, np. wspornik, belkę ramy, uchwyt, łapę silnika. Znając obciążenie i dopuszczalne naprężenie można sprawdzić warunek W≥M/σdop.
Najczęściej: (1) pomylenie W z I (cm⁴ zamiast cm³), (2) obliczenie tylko a³ bez dzielenia przez 6, (3) użycie wzoru dla prostokąta bez podstawienia b=h=a, (4) pomyłki w potęgowaniu, np. 6³ mylone z 6².
Kroki: 1) a=6 cm. 2) a³=6·6·6=216. 3) W=a³/6=216/6=36. 4) Zapisz jednostkę: cm³. Ten schemat działa dla każdego kwadratu.
Tak, W jest liczone względem konkretnej osi zginania. Dla kwadratu (przekrój symetryczny) wartości względem osi głównych są takie same, więc w typowym zadaniu wystarcza W=a³/6 bez dodatkowych doprecyzowań.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 60% zdających egzamin. średnie

Eksperci podkreślają: "Wskaźnik wytrzymałości (moment oporu) dla przekroju kwadratowego wynosi W=a3/6."

Źródła:

  • Wikipedia: Section modulus (opis W oraz wzory dla przekrojów prostokątnych) — https://en.wikipedia.org/wiki/Section_modulus (dostęp: 2026-02-28)
  • The Engineering ToolBox: "Section Modulus" / "Rectangular Section" (wzory na W dla prostokąta, dla kwadratu b=h=a) — https://www.engineeringtoolbox.com/section-modulus-d_138.html (dostęp: 2026-02-28)
  • Wikipedia: Second moment of area (zależność I dla prostokąta/kwadratu oraz związek z geometrią przekroju) — https://en.wikipedia.org/wiki/Second_moment_of_area (dostęp: 2026-02-28)

Materiały:

  • Podręczniki z wytrzymałości materiałów (rozdziały: zginanie proste, własności geometryczne przekrojów)
  • Tablice własności przekrojów (I oraz W) dla podstawowych kształtów
  • Zestawy zadań rachunkowych z momentu oporu dla prostokąta/kwadratu/koła

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego