Повесьте тяжелую картину с несколькими крючками

1

Предположим, у меня есть картинка в 5 кг, которую я хочу повесить на крючки, каждая из которых может вмещать 2 кг. Есть ли какое-то расположение крючков, которые сделают это безопасным? Сколько крючков мне понадобится? Я думал, что смогу расположить крюки как что-то вроде контактной сети для распределения нагрузки, но у меня возникают проблемы при расчете силы для каждого крючка.

enter image description here

Какие методы мне нужно использовать для решения этой проблемы?

z0r
источник
2
Это похоже на забавный домашний вопрос для первого курса статики. Чему вас учили и как вы пытались решить это до сих пор?
ChP
1
Вы смотрели на en.wikipedia.org/wiki/Free_body_diagram ?
Robin
1
Первая мысль - 3 с равномерно распределенной нагрузкой ...
Solar Mike
1
@SolarMike, да, но такой комментарий, как у Монти Пайтона, «как играть на флейте: дуйте сюда и шевелите там пальцами»
Carl Witthoft
3
@CarlWitthoft К сожалению, если инженерный факультет университета делает это, он будет терпеть неудачу точно в 2 кг всегда: P
ChP

Ответы:

3

Я не мог устоять, поэтому: Во-первых, вы должны отметить:

  • Натяжение в струне будет одинаковым по всей ее длине (при условии отсутствия трения)
  • Чтобы использовать крючки оптимально, вы должны расположить их так, чтобы они несли одинаковую нагрузку

Принимая это во внимание, угол сгиба нити на каждом крючке должен быть одинаковым (настенные крючки должны быть расположены на одинаковом расстоянии по дуге окружности между крючками для картин, а не как контактная сетка, как отмечалось).

Картинка ниже иллюстрирует:

$$ ø = \ frac {2θ} {3} $$

Или в более общем плане: $$ ø = \ frac {2θ} {n} $$ где n = количество крючков

enter image description here

Ниже FBD на одном из крючков рамы:

  • $ F_t $ - напряжение в струне.
  • $ F_p $ - вертикальная сила на рамный крюк.

enter image description here

Исходя из этого, натяжение в струне можно рассчитать как:

$$ F_t = \ frac {F_p} {sin (θ)} $$

FBD на одном из крючков выглядит следующим образом:

С $ F_h $ в качестве результирующей силы на крючке.

enter image description here

$ F_h $ можно рассчитать как:

$$ F_h = 2F_tsin (0.5ø) $$

Это может быть обобщено как:

$$ F_h = \ frac {2F_p} {sin (θ)} * sin (\ frac {θ} {n}) $$

Отсюда видно, что когда $ θ $ приближается к $ 0 $, $ F_h $ приближается к $ 2F_p / n $, но $ F_t $ приближается к бесконечности. Таким образом, вы должны учитывать прочность на разрыв струны и силы, с которыми может справиться рама и крюки рамы.

Вы можете повесить свое изображение с 3 крючками с $ θ = 62,11 $ градусов, что дает вам $ F_t = 28,285N $ и $ F_h = 19,999 N $. Это будет "безопасно", если предположить, что гравитационная постоянная равна 10, но это не так, но это всего лишь придирки.

ChP
источник
1
+1 за хороший ответ. -1 за выполнение домашней работы.
Transistor
1
Спасибо, это потрясающе. Я чувствую себя вдохновленным, чтобы сделать онлайн-инструмент, который реализует это. И в случае, если были какие-либо сомнения: это было не домашнее задание; У меня действительно есть картина, чтобы повесить.
z0r
1
@Transistor +1, да, наверное, не следовало бы, но это хорошо сформулированный вопрос с пояснительными диаграммами и еще одним пользователем, которого напугали бесполезные комментарии, такие как «ты должен сделать свою домашнюю работу» - я знаю, я один из этих комментаторов. И мы только что позволили ОП еще больше обогатить мир, используя его собственный набор навыков, чтобы создать инструмент, помогающий остальному миру.
ChP
Здесь я вижу довольно много вопросов, которые, я сильно подозреваю, являются домашними, но замаскированными как «проблемы дизайна прототипа». Те очень основные проблемы первого года, которые привлекают больше внимания, потому что они явно помечены как нечто «не домашнее задание».
ChP