محاضرات الميكانيك الهندسي

45
@@@ òí‹–bäÛa@À@ÔnÛa@‡èȾa @@ @@@@@@@@@@ ÙîãbØî¾a@áÓ @pa‹šb« @ÙîãbØî¾a@ñ†bß @@ Mechanics - Statics @@ @òÜy‹¾a@òjÜİÛ ¶ëþa @ @O @ïaŠ‡Ûa@Ý—ÐÛa Þëþa @@ @@ @@ †a‡Çg @@ @‘‡äè¾a @Z ñ†ìÇ@‹‚bÏ@ãìí @@ ñ†b¾a@‘Š‡ß @@ @ †a‡Çg @ @pa‹šba@ê‰ç @ÕÏë @òjÜİÛ@ïaŠ‡Ûa@wèä¾a@pa†‹Ðß âbÓc @ @ÙîãbØî¾a @O xbnã⁄a @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @òîäÔnÛa@‡çbȾa@À @ N @@ ﻣﺤﻔﻮﻇﺔ اﻟﺤﻘﻮق ﺟﻤﻴﻊ2008 © اﻟﻨﺎﺻﺮﻳﺔ ﻓﻲ اﻟﺘﻘﻨﻲ اﻟﻤﻌﻬﺪ ﻣﻦ اذن ﺑﺪون اﻟﻤﺤﺎﺿﺮات ﻣﻦ ﻧﺴﺨﺔ اي ﻧﺸﺮ او ﺗﻮزﻳﻊ او ﻃﺒﻊ او اﺳﺘﻨﺴﺎخ ﻻﻳﺠﻮز

Transcript of محاضرات الميكانيك الهندسي

Page 1: محاضرات الميكانيك الهندسي

 

@@@òí‹–bäÛa@À@ÔnÛa@‡èȾa@ @

@@@@@@@@@@ÙîãbØî¾a@áÓ

@pa‹šb«@ÙîãbØî¾a@ñ†bß@ @

Mechanics - Statics @ @@òÜy‹¾a@òjÜİÛ¶ëþa@@O@ïaŠ‡Ûa@Ý—ÐÛaÞëþa@ @

@ @

@ @

†a‡Çg@ @

@‘‡äè¾a@Zñ†ìÇ@‹‚bÏ@ãìí@ @ñ†b¾a@‘Š‡ß@ @

@†a‡Çg@@pa‹šba@ê‰ç@ÕÏë@òjÜİÛ@ïaŠ‡Ûa@wèä¾a@pa†‹ÐßâbÓc@@ÙîãbØî¾a@Oxbnã⁄a@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@òîäÔnÛa@‡çbȾa@À@N@ @

© 2008جميع الحقوق محفوظة اليجوز استنساخ او طبع او توزيع او نشر اي نسخة من المحاضرات بدون اذن من المعهد التقني في الناصرية

Page 2: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 1st & 2nd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

1

Resolution & Composition of a force Engineering Mechanics : may be defined as a science which describes and predicts the condition of rest or motion of bodies under the action of forces.  

 Vector & Scalar quantities : Vector quantities : are the quantities which have magnitude and direction .such as: 

Force , weight , distance , speed , displacement , acceleration ,velocity .  Scalar quantities : are the quantities which have only magnitude , such as : 

Time , size , sound , density , light , volume . Force :           A "force" is an action that changes, or tends to change, the state of motion of the body  upon  which  it  acts.  It  is  a  vector  quantity  that  can  be  represented  either mathematically or graphically A complete description of a force MUST include its:  

1. MAGNITUDE  2. DIRECTION and SENSE  3. POINT OF ACTION 

Resolution & Composition of a force : Let the force ( F) shown in fig.(1) with the direction (θ ) 

We can resolve this force into two components : 

1‐ horizontal component ( Fx ) which lies on x‐ axis 

2‐ vertical component ( Fy ) which lies on y‐ axis 

as shown in fig.(2)                                                                                                                              fig.(1 ) 

Page 3: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 1st & 2nd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

2

from fig.(2) : The  horizontal  component  may  be determined as : Fx =   F . cos θ  The    vertical  component  may  be determined as : Fy = F . sin θ  

 EX (1 ) : Find  the  two  components  of  the  force  (  100  N  )  if  :  θ  =  30o  ,  120o    ,  270o              fig. ( 2 ) Solution : θ = 30o : Fx = F . cos θ       = 100 * cos 30 

     = 100 * 23 = 50 3  N 

Fy = F . sin θ       = 100 * sin 30       = 100 * 0.5  = 50 N  θ = 120o : Fx = F . cos θ       = 100 * cos 120      = 100 * (‐ 0.5 ) =  ‐ 50 N Fy = F . sin θ       = 100 * sin 120 

     = 100 *23 = 50 3  N  

θ = 270o : Fx = F . cos θ       = 100 * cos 270      = 100 * ( 0 ) =  0 Fy = F . sin θ       = 100 * sin 270      = 100 * ( ‐ 1 ) = ‐ 100 N  

Page 4: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 1st & 2nd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

3

EX ( 2 ) : The direction of the force ( P ) is ( 30O ) , Find the horizontal component if the vertical component is ( 30 N ) ? Solution : From the diagram shown : Fy = 30 N Fy = F . sin θ  30 = P * sin 30 30 = P * 0.5  P = 30 / 0.5 = 60 N  Fx = F . cos θ  

      = 60 * cos 30 = 60 *23 = 30 3  N 

Composition of a force : Let  we  have  (  Fx  )  is  the  horizontal  component  and         (  Fy  )  is  the  vertical  component    for  the  force  (  F  ) shown in fig.       From the shape ABC  we get : AC 2 = AB2 + BC2 F2 = Fx 2  + Fy 2  

2+2= )()( FyFxF  

   Determination of the direction of a force : The direction of a force can be determined by : 

   )FxFy( 1- tan =θ  

 EX ( 3 ) : Determine the magnitude and direction of a  force  ( P  )  ,  if the horizontal and vertical components are ( 20 N ) , ( 40 N ) respectively ? Solution : 

We have : Fx = 20 N ,  Fy = 40 N     ,     2+2= )()( FyFxF  

o43.63)2040(tan)(tan

N 72.44200001600400)40()20(

1-1-

22

===

==+=+=

FxFy

F

θ  

Page 5: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 1st & 2nd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

4

EX ( 4 ) : The line of action of the ( 300 N ) force runs through the points ( A ) and ( B ) as shown in fig . Determine the ( X ) and ( Y ) scalar components of  ( F ) .    Solution :  

NFyF

NFxF

BCL

ACL

ABL

2.141178*300sin.

7.2641715*300cos.

82)26(

152)87(

172)62(2)87(

===

===

=+=

=−−=

=−−+−−=

θ

θ

 

   PROBLEMS 1 ‐ Determine a pair of horizontal and vertical components of 

the ( 340  N ) force ?       2  ‐ Determine   the horizontal & vertical components of the 

force ( 200  N ) ?        

Page 6: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 1st & 2nd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

5

 3 ‐ Resolve the ( 100  N ) force into horizontal and vertical       components for each of the following values of ( θ ):       a‐ 20o      b‐ 80o      c‐ 240o      d‐ 210o     4 ‐ The horizontal component of the force ( F ) is ( 60  N ) to     

the  right  through  the  original  point  .  Determine  the vertical  component and the magnitude of ( F ) ? 

      5  ‐ The body on  the  ( 30o )  incline  is acted upon by a  force       

(  P  )  inclined  at  (  20o  ) with  the  horizontal  .  if  (  P  )  is resolved  into components parallel and perpendicular to the  incline   and  the   value of  the parallel component  is    ( 300 N ) ,  Compute the  value of the perpendicular , and of ( P ) ? 

    6 – The Y –  component of  the  force  ( F  ) 

which  a  person  exerts  on  the  handle of the box wrench is known to be ( 70 N  )  .Determine  the  ( X  )  component  , and the magnitude of ( F ) . 

Ans : Fx = 29.5 N , F= 75.8 N       

Page 7: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 1st & 2nd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

6

 7 – Determine  the  components of  the  ( 2 KN  )  force 

along the oblique axes ( a ) and ( b ) . Determine the projections of ( F ) onto the a – and b‐ axes . 

  

 

 

8 ‐  

 

 

 

 

 

9 ‐  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 : Write whether the following quantities are vectors or scalars :          Force , sound , density , velocity , weight , time , mass , acceleration , light , area  11  : Determine the angle ( θ ) and locate the force on the coordinates when :          Fx = Fy       ,        Fx = ‐ Fy      ,         ‐ Fx = ‐ Fy       ,        ‐ Fx = Fy  

Page 8: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 3rd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

7

Resultant of forces system The resultant is a representative force which has the same effect on

the body as the group of forces it replaces. A simplest force which can replace the original forces system without changing  its 

external effect on a rigid body. The symbol of resultant force is: The unit of resultant force is :  Newton (N) 

Types of forces system 1‐ coplanar forces system : 

a‐ concurrent coplanar forces system b‐ non‐concurrent coplanar forces system 

2‐ Non coplanar forces system : a‐ concurrent non‐coplanar forces system b‐ non‐concurrent non‐coplanar forces system 

Resultant of concurrent coplanar forces system We will find out the resultant force for many forces acting on a rigid body by using 

the following equations : 

( ) ( )22

332211

332211

+=

==

yx

nny

nnx

RRR

FFFFRFFFFR

θθθθθθθθ

sin....sin.sin.sin.cos....cos.cos.cos.

mmmm

mmmm

 

The direction of resultant force  may be determined as : 

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

= −

x

y

RR1tanθ  

Ex ( 1 ) : Find the resultant force for the concurrent coplanar forces system, shown in fig. Solution  

( ) ( )( ) ( ) N

RRR

NFFFR

NFFFR

yx

y

x

2028.604.192

8.6045sin9060sin100200sin.sin.sin.

4.19245cos9060cos100200cos.cos.cos.

22

22

51

332211

52

332211

=+=

+=

−=−−•==

+=+−•==

θθθ

θθθ

mm

mm

 

Page 9: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 3rd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

8

Ex ( 2 ) : The 200 N  force  is a  resultant of  two  forces, one of  the forces  "P"  has  the  direction  along  the  tine  AB  and  the other force "Q" is on  the  horizontal direction, determine them. Solution 

( )

( )

NQNP

QPFFR

FFRQP

QPFFR

FFR

R

y

R

x

252295138

060200 -

50160 060200

53

2211

2211

54

2211

2211

..

sinsinsin.sin.sin

sin.sin..

coscoscos.cos.cos

cos.cos.

=∴=

−∗=∗=∗

=+=

+∗=∗=∗

=

θθθθθ

θθθθθ

m

m

m

m

 

 Ex ( 3 ) : Determine the resultant force for the forces system shown in fig.  Solution          

( )

( )

( ) ( )N 820178605192

N 60.78 45200025090100

N 519245200025090100

22

22

332211

332211

.).().(

sinsinsinsin.sin.sin.

.coscoscos

cos.cos.cos.

=−+=

+=

−=−+=

==

−+==

yx

y

x

RRR

FFFR

FFFR

θθθ

θθθ

mm

mm

 

    

Page 10: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 3rd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

9

Ex ( 4 ) : The 1000 N force is a resultant of two forces, one of which is 600 N, Determine the other force? Solution 

( )

( )( ) ( )( )

N

FFF

FN θFF

FFRFFR

FN- θFF

FFFR

FFR

yx

y

R

y

x

R

x

6294202386860

2________ 02386 600601000

1________ 860 360501000

600601000

22

22

22

2254

2211

2211

22

22

2253

2211

2211

.).(

.sinsinsin

sin.sin.sinsin.sin.

coscos.

coscoscos.cos.cos

cos.cos.

=

+=

+=

⇒=

+∗=∗=∗

=⇒=

+=∗−

+∗=∗−=∗

=

θθθθ

θθ

θθ

θθθθθ

m

m

m

m

 

 Ex ( 5 ) : Determine the resultant force of the concurrent  coplanar forces system shown in fig. Solution 

( ) ( ) ( ) ( )N

RRR

FFFRN

FFFR

yx

y

x

455417073170726

7073190304510025

7072690304510025

2222

332211

332211

...

.sinsinsin

sin.sin.sin..

coscoscoscos.cos.cos.

=

+=+=

=++=

==

++==

θθθ

θθθ

mm

mm

 

   

Page 11: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 3rd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

10

Ex ( 6 ) : The  624 N force is a resultant of two force  P & Q   shown in fig.  determine these forces .  Solution 

( )

( )( )2________ 300

42001246

sin.sin.sin1________ 609

246cos.cos.cos

54

54

135

2211

53

53

1312

2211

QPQP

QPFFR

QPQP

FFR

R

R

−=−=

∗−∗=∗=∗+=

∗+∗=∗=∗

θθθ

θθθ

m

m

 

( ) ( )

NQ NP

: in Subst

330630

21

==  

 Ex ( 7 ) : Determine the forces P and Q when the 125 N  force is the  resultant force of these forces  Solution  

NQQ

PQFFR

PQP

FFR

R

R

251312581100

125

258190125

135

135

54

2211

1312

53

2211

..

sin.sin.sin.

coscos.cos.cos

=

∗−=

−=∗=∗

=∴

+∗=∗=∗

θθθ

θθθ

m

m

 

 

      

Page 12: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 3rd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

11

Ex ( 8 ) : Determine the resultant of concurrent coplanar  forces system shown in fig. Solution  

( ) ( )N 201.8

) 60.78 - ( 192.5) (

N 60.78 -

4590601005

1200

N 5192

4590601005

2200

2222

332211

332211

=

+=+=

=

−−=

==

+−=

=

yx

y

x

RRR

FFFR

FFFR

sinsin*

sin.sin.sin..

coscos*

cos.cos.cos.

θθθ

θθθ

mm

mm

   Ex  ( 9  )  : The screw eye  in Fig.  is subjected to two 

forces,  and  Determine  the  magnitude and direction of the resultant force. 

Solution 

  

Page 13: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 3rd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

12

Ex ( 10 ) : Determine the resultant ( R ) of the two  forces system  shown in fig. Solution h = 6 sin 60 = 5.2 m b = 6 cos 60 = 3 m 

( ) ( )

N 523.8 ) 392.84 ( 346.58) (

N 392.84 9.40sin600

sin.sin.N 5.346

9.40cos600800cos.cos.

9.40)866.0(tan

866.033

2.53

tan

22

22

2211

2211

1

=

+=

+=

====

−==

==

=+

=+

=

yx

y

x

RRR

FFR

FFR

bh

θθ

θθα

α

m

m

 

    Ex ( 11 ) : Determine the angle ( θ ) so that the resultant ( R ) of the two  forces system shown in fig. is 100 N  Solution 

( ) ( )( ) ( )

o

FFFFR

3.51625.0cos

cos*40*70*24070100

cos222

212

22

1

=

=

++=

++=

θ

θθ

θ

 

   

Page 14: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 3rd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

13

Ex ( 12 ) : Find out the magnitude of the force ( P ) and the resultant   ( R ) of the two forces to rise the cylinder up without touch the vertical wall . Solution  

NRRR

PRFFR

NPP

PRFFR

R

R

4.30647.11893.187

60sin8.136sin20090sinsinsin20090sin

sin.sin.sin8.136

5.04.68060cos70cos20090cos*

cos.cos.cos

2211

2211

=+=

+=+=

=∗=∴

−=−=

=∗

θθθθθθ

θθθ

m

m

 

 PROBLEMS  1 ‐ Two forces are applied at the end of a screw eye 

in  order  to  remove  the  post.  Determine  the angle and  the magnitude of  force F  so  that  the resultant  force  acting  on  the  post  is  directed vertically upward and has a magnitude of 750 N. 

       2  –  Determine  the  resultant  (  R  )  of  the  two  forces 

shown in fig.  

 

 

 

Page 15: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 3rd Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

14

3  ‐ The  ratio of  the  lift  force  (  L  )  to  the drag force  (  D  )  for  the  simple  airfoil    is                ( L / D = 10  )  .  If the  left  force on a short section of the airfoil  is ( 50 N )  , Compute the magnitude of the resultant  force  ( R  ) and the angle ( θ ) which it makes with the horizontal . Ans. R = 50.2 N , θ = 84.3o 

    4 ‐         5 –          6 ‐  Determine the magnitude ( Fs ) of the tensile spring 

force in order that the resultant of ( Fs ) and ( F ) is     a vertical force . Determine the magnitude ( R ) of this vertical resultant force . 

  

Page 16: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 4th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

15

Moment of a force

The moment of a force  :  is the ability of the force to produce turning or twisting about an axis or point or line.  Mathematically: The moment of a force = the applied force X perpendicular distance  M = F * d M = the moment of a force (N.m) F = applied force ( N ) d = perpendicular distance between the point of action of the force and moment center. Ex ( 1 ) : Determine the moment of the force 225 N about the Points A , B , and C .

Solution

MA=|F|dA=225*0.6 = 135 Nm

MB=|F| dB=225*0.4 = 90 Nm

MC=|F| dC=225*0.8 = 180 Nm

Ex ( 2 ) : Determine  the moment of the force  500 N about the point  A and B . 

Solution Cos (60) = 200/L Cos (60) = dac/(L-160) L = 200/ Cos (60) L=160+dac/Cos (60) dac=200-160 Cos (60)=120 mm dac=120 mm MA=|F|dAC=500*0.12 = 60 Nm MB=|F| dB=500*0.2 = 100 Nm

Page 17: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 4th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

16

Ex ( 3 ) : Find  the moment of the force 200 N  About the point  ( A ) shown in fig.    Solution Fx = F . cos θ = 200 cos 45 = 200 * 0.707 = 141.42 N Fy = F . sin θ = 200 sin 45 = 200 * 0.707 = 141.42 N M1 = Fx * d = 141.42 * 10 = 1414.2 N . cm M2 = Fy * d = 141.42 * 20 = 2828.4 N .cm M ( A ) = M1- M2 = - 1414.2 N .cm Ex ( 4 ) : Determine the moment of the force ( 70 N ) shown in fig. about the Point ( A ) . Solution Fx = F . cos θ = 70 cos 30 = 70 * 0.866 = 60.62 N Fy = F . sin θ = 70 sin 30 = 70 * 0.5 = 35 N M1 = Fx * d = 60.62 * 8 = 484.97 N . m M2 = Fy * d = 35 * 4 = 140 N . m M ( A ) = M1 + M2 = 484.97 N + 140 = 624.97 N . m Ex ( 5 ) : Find the distance ( Xn ) , if the moment  of the  force ( F ) about the point ( A )  is equal to zero . Solution Fx = F . cos θ = 20 cos 30 = 20 * 0.866 = 17.32 N Fy = F . sin θ = 20 sin 30 = 20 * 0.5 = 10 N M1 = Fx * d = 17.32 * 120 = - 2078.46 N . cm M2 = Fy * d = 10 * Xn = 10 Xn N .cm M ( A ) = - M1+ M2 0 = - 2078.46 + 10 Xn Xn = 2078.46 / 10 = 207.84 cm

Page 18: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 4th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

17

) : 6Ex ( The moment of  the  force  ( F  ) about  ( A  )    is  (    3100   )      N  .  m  ),  the  moment  of  this    force  about  (  B  )  is                        (  ‐    350  N.m  )  , the distance between  ( A  ) and  ( B  )  is       ( 30 m  )  , Find  the magnitude and  the    location of  the force ( F )  if  its component along the line ( AB ) is ( 5  N ). Solution Given Fx = 5 N M ( A ) = 3100 , M ( B ) = - 350 M ( A ) = F . sin θ * x F . sin θ = 3100 / x M ( B ) = F . sin θ * ( 30 – x ) F . sin θ = - 350 / ( 30 – x )

xx −=

303503100

X= 20 m

Fy = F . sin θ = 3100 / x = 3100 / 20 = 5 3 N

2222 355 )()()()( +=+= FyFxF = 10 N Ex ( 7 ) : A  ( 150 N  )  force acts on  the end of  the  ( 900 mm  ) lever as  shown  in  fig. Determine  the moment of  the force about ( O ) .         Solution  Q = 150 sin 20 = 51.3 N Mo = ‐ Q ( 0.9 )   = ‐ 51.3 * 0.9   =  ‐ 46.2 N.m   = 64.2 N.m     

Page 19: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 4th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

18

Ex ( 8 ) : Knowing  that  the  distance    AB    is  250 mm  determine the maximum moment about  ( B ) which can be caused by the ( 150 N ) force . In what direction should the force act ?    Solution  MB  = 150 * 0.25 = 37.5 N.m  θ = 90 – 70 = 20 OR :  θ = 180 – ( 90 + 70 ) = 20      Ex ( 9 ) : A ( 150 N ) force  is applied to the control  lever at   ( A ) , knowing that the distance  AB is ( 250 mm ) Determine  the moment  of  the  force  about  (  B  ) when  θ is 50 o .      Solution  BC = 250 cos 70 = 85.5 mm AC = 250 sin 70 = 234.92 mm  P = 150 cos 50 = 96.41  N  Q = 150 sin 50 = 114.9  N M B = P * AC + Q * BC         = 96.41 * 234.92  + 114.9 * 85.5        = 3247  N.mm = 32.47  N . m  

Page 20: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 4th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

19

PROBLEMS 1  ‐  Find  the  distance  (  Y  )  if  the moment  of  the 

forces system shown  in  fig.  is   equal  to  ( 12750 N.m )      about the point ( O ) 

     2 – The  moment of a certain force ( F ) is  ( 180 N.m ) 

clockwise  about  (  O  )  and  (  90  N  .  m  ) counterclockwise  about ( B ) , if it's moment about   ( A )  is zero  , Determine the force ?  

    3  ‐ Forces of  ( 4 N   &   6 N  ) act on the  lamina   ABCD as 

shown in fig . Find the total moments  of these forces about the point ( O ) . 

     4  ‐  Calculate  the moment  of  the      

( 300  N ) force  on the handle of  the monkey wrench about  the center of the bolt . 

      5  ‐ A  force F of magnitude 60 N  is applied to the gear 

Determine the moment of F about point O .  

 

Page 21: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 5th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

20

Moment of Couple Couples : A special case of moments  is a couple. A couple consists of two parallel  forces that are equal  in magnitude,  opposite  in  sense  and  do  not  share  a  line  of  action.  It  does  not produce any translation, only rotation. The resultant  force of a couple  is zero. BUT, the resultant of a couple is not zero; it is a pure moment. 

Ex ( 1 ) Compute  the  magnitude  and  direction  of  the resultant couples action on the  body shown Solution : Mc = 60 * 4 – 40 * 4       = 240 – 160 = 80  N .m   Ex ( 2 ) A  lug wrench  is  used  to  tighten  a  hex‐head  bolt  ,  Determine  the  magnitude       ( F  ) of  the equal  forces exerted on  the six contact points as shown in fig.   Solution On the lug wrench : Mc = F * d      = 250 * 350 *2      = 175000 N . mm On the nut : Mc = 3 F * d 175000 = 3 F * 25 F = 175000 / 75 = 2333.33 N  

Page 22: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 5th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

21

Ex ( 3 ) Determine the moment associated with the forces shown in fig.   Solution  Mc = F * d       = 1.5 * 16       = 24 Ib .in   Ex ( 4 ) In the design of lifting hook , the action of the applied force ( F ) at the critical section of the hook  is a direct pull at ( B ) and a couple  .  if the magnitude of the couple is ( 4000 N.m ) , Determine the magnitude of the force ( F ) . Solution Mc = F * d F = Mc / d    = 4000* 12 / 4     = 12000 N  

Ex ( 5) : A die  is being used to cut threads on  a  rod  .  if  the  ( 150 N  )  forces are applied as shown  , Determine the magnitude of ( F ) of the equal forces exerted on the ( 1/4 " ) rod by  each  of  the  four  cutting surfaces  so  that  their  external effect on  the  rod  is equivalent  to that of the two  ( 15 N ) forces .  Solution  Mc = F * d = 15 * 10 = 2 * F * 0.25 F = 300 N     

Page 23: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 5th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

22

Ex ( 6 ) : A multiple – drilling is used to drill simultaneously six  holes in the steel plate shown in fig. . Each drill exerts clockwise couple of magnitude (5 N.m ) on the plate . Determine an equivalent couple formed by the smallest possible forces acting : a ‐ at  A  and  C  b ‐ at  A  and  D c – on the plate    Solution a –  

Mc = 5 N.m * 6 holes = 30N.m Mc = F * d  30 = F * 0.3 F = 100 N  

   b ‐ 

NFF

dFMcmmAD

80375.0*30

* 375)300()225( 22

===

=+=

 

  c –  

NFF

dFMcmmBC

605.0*30

* 500)400()300( 22

===

=+=

 

   

Page 24: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 5th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

23

PROBLEMS 1  –  Replace    the  couple  and  force 

shown  by  a  single  force  (  F  ) applied at a point  ( D  )  ,  locate    (  D  )  by  determining  the distance ( b ) . 

       2 – The indicated force – couple system is 

applied to a small shaft at the center of  rectangular  plate  ,  Replace  this system by  a  single  force  and  specify the  coordinate  of  the  point  on  the      y  –  axis  through  which  the  line  of action of this resultant force passes .  

         3  –  The  wrench  is  subjected  to  the               

( 200 N  )  force and  the  force  ( P  ) as shown  in  fig.  if  the equivalent of  the two  forces  is a  force        ( R  ) at    ( O  ) and  a  couple  of  (  20  N  .  m  )  , Determine   ( P ) and ( R ) . 

 

Page 25: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Departement 6th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

24

Resultant of forces system Resultant of non-concurrent coplanar forces system

We will find out the resultant force for many non – concurrent  forces acting on a rigid body by using the following equations : 

( ) ( )22

332211

332211

+=

==

yx

nny

nnx

RRR

FFFFRFFFFR

θθθθθθθθ

sin....sin.sin.sin.cos....cos.cos.cos.

mmmm

mmmm

 

The direction of resultant force  may be determined as : 

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

= −

x

y

RR1tanθ  

Ex ( 1 ) : Determine  the  force  (  P  )    shown  in  fig. knowing  that  the  resultant  of  the  two  forces pass through the point ( A ).     Solution 

NP

PPP

PP

MPR

PR

FFRPR

PR

FFR

A

y

x

68.6747.266

1800007.266180000

029125.24180000

0300*174*100*

171*300*600

0)2.(..........2425.0600sin

171*600sin

sin.sin. )1...(..........*9701.0cos

174*cos

cos.cos.

2211

2211

−==

==−+

=−+

=

+−=∗

+−=∗

=−=∗

−=∗

=

∑θ

θ

θθθ

θ

θθ

m

m

Page 26: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Departement 6th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

25

Ex ( 2 ) : Determine the distance from point ( A ) to the line of  action  of  the  resultant  of  the  three  forces shown in fig. Solution R = 2 – 8 – 4 = ‐ 10 KN MA = ‐ 4 * 1 – 8 * 1 + 2 * 3 = ‐ 6   KN.m MA = R * d ‐6 = ‐ 10 * d d = 6 / 10 = 0.6  m  PROBLEMS 1  ‐  Find  the  resultant  force  for  the 

non ‐ concurrent coplanar forces system, shown in fig 

       2 – Two  integral pulleys are subjected 

to the belt tension shown .  if the resultant  of  these  forces  passes through  the  center  (  O  )  , Determine  (  T  )  and  the magnitude  of  (  R  )  and  the counterclockwise  angle  (  θ  )  it makes with the x – axis . 

   3 – Replace  the  three  forces acting on 

the bent pipe by a single equivalent force ( R ) . specify the distance  ( x ) from point ( O ) th the point on x – axis  through  which  the  line  of action of ( R ) passes . 

Page 27: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Departement 7th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

26

FREE BODY DIAGRAM Free body diagram : is a sketch to show all the forces and reactions acting on the body For example : The free body diagram includes external forces applied to the body and external reaction forces resulting from the method of supporting the body.

Free – body diagram and the mechanical effects

The name of the body The effect of the body Free-body diagram

Earth

W

Flixible cables

And ropes

Cantilever beam

Smooth surface

Rollers , balls ,

cylinders

Smooth pins

Page 28: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Departement 7th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

27

Ex ( 1 ) : Draw Free – body diagram for Solution the 50 N sphare shown in fig.

Ex ( 2 ) : Draw Free – body diagram for Solution the 50 N sphare shown in fig.

----------------------------------------------------------------------------------------------------- Ex ( 3 ) : Draw Free – body diagram for Solution the ropes system shown in fig.

Page 29: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Departement 7th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

28

Page 30: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Departement 7th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

29

Correct the Wrong or Incomplete F.B.D . in the right column of the table below :

Page 31: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Departement 7th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

30

Draw the FREE- BODY DIAGRAM ( F . B . D ) for the following :

Page 32: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 8th&9th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

31

Equilibruim 1- For Coplanar forces system :

a- concurrent coplanar forces system

Rx = 0 , R y = 0 , R = 0

b - non-concurrent coplanar forces system

Rx = 0 , R y = 0 , R = 0 , Σ M = 0

2 - Non coplanar forces system :

a. concurrent non-coplanar forces system

Rx = 0 , R y = 0 , R = 0 , Σ M = 0

b. non-concurrent non-coplanar forces system

Rx = 0 , R y = 0 , R = 0 , Σ M = 0

) : 1Ex ( Determine the tension in the cord and the reaction of inclined plane

acting on the sphere of ( 50 N ) weight shown in fig.

Solution we draw F.B.D for the sphere , then :

Σ Fx = 0

T cos 75 – R1 cos 35 = 0 ……….. ( 1 )

Σ Fy = 0

T sin 75 + R1 sin 35 – 50 = 0 ……....( 2 )

Subst. ( 2 ) in ( 1 ) we get :

T = 4361 N

R1 = 137.7 N

Page 33: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 8th&9th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

32

Ex ( 2 ) : Determine the reactions at the points

( A ) and ( B ) , the angle beam was in

equilibrium state as shown in fig .

Solution Σ M ( A ) = 0

500* 10 – N * 15 = 0

N = 5000 / 15 = 333.34 N

Σ Fy = 0

Ay + N – 500 = 0

Ay + 333.34 – 500 = 0

Ay = 166.67 N

Σ Fx = 0 , Ax = 0

RA = Ay = 166.67 N

Ex ( 3 ) : Determine the tension forces ( T1 )

and ( T2 ) in the equilibrium system

shown in fig. .

Solution Σ Fx = 0 T1 . cos ( 0 ) + T2 .cos ( 60 ) – 2000 cos (15 ) = 0 T1 + 0.5 T2 – 1931.85 = 0 …….. ( 1 )

Σ Fy = 0

T1 . sin ( 0 ) + T2 . sin ( 60 ) – 2000 . sin ( 15 ) – 100 = 0 0.866 T2 – 617.63 = 0 T2 = 713.2 N Subs. in ( 1 ) T1 = 1575 N

Page 34: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 8th&9th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

33

Ex ( 4 ) : Determine the tension in each cord shown in fig. ( TA , TB , TC , TD ) . Solution By using Lami' s rule :

NT

T

TNT

T

T

C

C

C

D

D

D

64341

408660

9040

120

201

4050

9040

150

..

sinsin

.

sinsin

=

=

=

=

=

=

NT

T

TTNT

T

TT

A

A

CA

B

B

CB

64347070

64347070

135135

98487070

643450

13590

..

..

sinsin

..

..

sinsin

=

=

=

=

=

=

Page 35: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 8th&9th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

34

Ex ( 5 ) : Find out the reaction on the cylinder ( A )

and the total force acting on the pin ( O )

Solution

Σ M ( O ) = 0

2 * 250 - RA * 400 = 0

400 RA = 500

RA = 1.25 KN

Σ Fy = 0

Oy – 2 = 0

Oy = 2 KN

Σ Fx = 0

RA – Ox = 0

Ox = RA = 1.25 KN

NF

OyOxF

3522251 22

22

.)().(

)()(

=+=

+=

Page 36: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 8th&9th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

35

Ex ( 6 ) : Find out the reactions at the points ( A ) & ( B ) .

Solution

Σ M ( A ) = 0

- RA * 600 + 300 * 9.8 * 1000 = 0

- 600 RA + 2940 000 = 0

RA = 4900 N = 4.9 KN

Σ Fy = 0

RA – RB - 300 * 9.8 = 0

4900 - RB - 2943 = 0

RB = 1950 N = 1.95 KN

Page 37: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 8th&9th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

36

PROBLEMS 1 - A ( 200 N ) weight of the block shown in fig. is

supported by a pin and bracket at ( A ) and by a cable ( BC ) , Determine the reaction at ( A ) and the tension in the cable .

2 - The 200-N force produces a torque (moment) of

40 N.m about the axis of the bolt in order to tighten the hexagonal nut . Find the forces between the smooth jaws of the wrench and the nut if contact occurs at the corners A and B of the hexagon .

3 - The pin at A can support a maximum force of 3.2 KN .

What is the corresponding maximum load L which can be supported by the bracket ?

4 - A block placed under the head , of the claw hammer as

shown greatly facilitates the extraction of the nail . If the 200-N pull on the handle is required to pull the nail calculate the tension T in the nail and the magnitude A of the force exerted by the hammer head on the block . The contacting surfaces at A are sufficiently rough to prevent slipping

Page 38: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 8th&9th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

37

5 - The ring supports the 1000-N load and is held in position by the two cables attached to vertical walls . Find the tensions T1 and T2 by at least two different ways .

6 - The cable from A to B is 6 m long and supports

the 100-kg crate from the small pulley . Calculate the tension T in the cable .

Page 39: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 10th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

38

Friction

Friction force :  is the force resisting the relative motion of two surfaces in contact There are two types of friction : Static friction Static friction is friction between two objects that are not moving relative to each other. For example, static friction can prevent an object from sliding down a sloped surface. The coefficient of static friction, typically denoted as μs, is usually higher than the coefficient of kinetic friction. Kinetic friction Kinetic (or dynamic) friction occurs when two objects are moving relative to each other and rub together (like a sled on the ground). The coefficient of kinetic friction is typically denoted as μk, and is usually less than the coefficient of static friction.  The coefficient of friction:  (also known as the frictional coefficient) is a dimensionless scalar value which describes the  ratio  of  the  force  of  friction  between  two  bodies  and  the  force  pressing  them together. The coefficient of  friction depends on the materials used;  for example,  ice on steel  has  a  low  coefficient  of  friction  (the  two materials  slide  past  each  other  easily), while  rubber on pavement has a high  coefficient of  friction  (the materials do not  slide past each other easily). Coefficients of friction range from near zero to greater than one – under good conditions The coefficient of friction is a dimensionless quantity symbolized by the Greek letter(  μ  ) and  is  used  to  approximate  the  force  of  friction.  Friction  can  be  viewed,  again  as  an approximation, as being of two primary types, static or kinetic. The  coefficient  of  static  friction  is  defined  as  the  ratio  of  the maximum  static  friction force  (F)  between  the  surfaces  in  contact  to  the  normal  (N)  force.  The  coefficient  of kinetic friction is defined as the ratio of the kinetic friction force (F) between the surfaces in contact to the normal force: 

NFf

=µ  

µ : coefficient of friction fF : Friction force 

N : Normal force Both static and kinetic coefficients of friction depend on the pair of surfaces  in contact; their  values  are  usually  approximately  determined  experimentally.  For  a  given  pair  of surfaces, the coefficient of static  friction  is usually  larger than that of kinetic  friction;  in some sets the two coefficients are equal, such as Teflon‐on‐Teflon. 

Page 40: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 10th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

39

Angle of friction ( α )  The angle of friction for two surfaces in contact is defined as the angle that the maximum contact force makes with the direction of normal force 

)(tan)tan(1 µα

αµ−=∴

=

 

EX ( 1 ) : In fig. shown , a = 12 cm , b = 18 cm , h = 15 cm , 

 W = 100 N ,   µ = 0.24 , P = 24 N  Is the body sliding or turning over or stay at rest ?  Solution :  

cmPaWh 5.2

)24(2)12(100

*2.

max ==  

 

When  bh >max then the force doesn't effect on the body , therefore , the body is not turnover . 

PFWF ==== maxmax , 24)100(24.0.µ  Then the body tends to slide and doesn't turnover EX (2 ) : A block with ( 200 N weight rests on a rough horizontal plane  ,  is  subjected  to  the  force  (  P  =  40  N  ) which inclined ( 25 o ) . Determine the coefficient of friction. Solution : 

17.0217

25.36)217(25.36

.21720025sin40020025sin40

0

25cos400

==

=

==+==−−

=

=

=

µ

µ

µ NFNN

N

F

FF

f

y

f

x

 

Page 41: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 10th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

40

EX (2 ) : A  wooden  block  (  3000  N  )  weight  ,  the coefficient of  friction  between  the  block  and the  floor  is  (  0.35  )  ,  Determine  whether pushing or pulling process by the force ( P )  is suitable to make the block tend to move to the right with a least force ( P ) , ( i . e , which is easy pushing or pulling ) Solution : In case of Pushing 

NP

PPP

PP

NFPNPN

F

PF

FPF

f

y

f

f

x

4.1519691.0

10501050691.0

1050175.0866.0)30005.0(35.0866.0

.300030sin

0300030sin

0

866.0

030cos0

==

=+=

+=

=+=

=−−

=

=

=−

=

µ  

In case of Pulling 

NP

PPP

PP

NFPN

PNPN

F

PF

FPF

f

y

f

f

x

6.1008041.1

10501050041.1

175.01050866.0)5.03000(35.0866.0

.5.03000300030sin

0300030sin

0

866.0

30cos0

==

=−=

−=

=−+=

+−==−+

=

=

=

=

µ 

Page 42: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 10th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

41

EX ( 3 ) : The ( 85 N ) force ( P ) is applied to the ( 200 N  )  crate  .  Determine  the  magnitude  and 

direction of  the  friction  force  ( fF   ) exerted 

by the horizontal surface on the crate . Solution :  

N 85F , volidassumption,

100)200(5.0.200

0

850

mequilibriu Assume

max

=<

====

=

==

=

f

f

y

f

x

FF

NNFNN

F

NPFF

µ

 

 EX ( 4 ) : The tongs are designed to handle hot steel tubes which  are being heat‐  treated  in  an oil bath , for a ( 20o ) jaw opening . What is the  maximum  coefficient  of  friction between  the  jaws and  the  tube which will enable  the  tongs  to  grip  the  tube without slipping.     Solution :  

176.0 10tan

tanmin

=== φµ

 

    

Page 43: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 10th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

42

EX ( 5 ) : The  magnitude  of  the  force  (  P  )  is  slowly increased  .Does  the homogeneous box of mass   ( m  ) slip or  tip  first ?     State  the value of  ( P  ) which  would  cause  each  occurrence  .  Neglect any effect of the size of the small feet . Solution : 

                    

( )

( )

( ) ( )occur will,

53.030sin230cos

0*2*30sin*30cos0)(

44.05.0*5.0866.0

*5.0

30sin.30cos.

.)30sin.30(cos.30sin.30cos

30sin..30cos.30sin...30cos

.)30sin(30cos: ) 1 (in ) 2 ( subst.

) 2 .........( 30sin030sin

0) 1 .(.......... ..30cos

030cos... , .

030cos0

Slips

SlippingthentipPslipP

tipPmgmgP

dmgdPdPCM

Tips

slipPmgmg

mgP

mgPmgPP

PmgPNPNmgP

NPNmgP

PmgNNPmgNN

FNNP

PNNNFNF

PFFF

CC

CC

CB

CB

y

CB

CB

CCBB

CB

x

<

==+

=

=−+

=

==+

=

+=

=+=+

−=+−−=

+−−=

−+−==+−+

=

+==+−−

==++−−

=

Q

µµ

µµµµ

µµµµµµ

µµ

µµµµ

µµ

Page 44: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 10th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

43

EX ( 6 ) : The body  ( A  )  is to be  tend to move  to  the  right by  the inclined  force  (  P  ) which  is   (  25 N  )  in  case  of  pushing and  it  is  ( 10 N  )  in  case of pulling  ,  Determine  the weight of  the body and  the coefficient of friction between the body and the floor . Solution : 

ans 74.0565.16

66.85

66.8ans 65.16

)5(65.21)5.12(66.85

66.85.12

65.215

66.8

)5.(66.8.530sin10

030sin100

66.830cos100Pulling of caseIn

5.1265.21

)5.12.(65.21.5.1230sin25

030sin25

0

65.2130cos250Pushing of caseIn

=−

=−

=

=−=+

−=

+

−=

−=⇒=−=+−=

=−+⇒=

==⇒=

+=

+=⇒=+=+=

=−−

=

==⇒=

∑∑

∑∑

W

WWW

WW

W

WNFWWN

WNF

NFF

W

WNFWWN

WN

F

NFF

f

y

fx

f

y

fx

µ

µ

µµ

µ

µµ

 

   

Page 45: محاضرات الميكانيك الهندسي

Engineering Mechanics – Statics For 1st Year Students – Mechanic Department 10th Week 2008 - 2009

By : Eng . YOUNIS FAKHER

44

PROBLEMS 1  ‐  The  system  of  two  blocks  ,  cable  and 

fixed  pulley  is  initially  at  rest  . Determine  the  horizontal  force  (  P  ) necessary  to  cause  motion  ,  then determine  the  corresponding  tension    ( T ) in the cable . 

  2 -Determine  the magnitude  (  P  )  of  the 

horizontal  force  required  to  initiate motion of the block of mass ( m o )  for the cases : a – P is applied to the right . b – P is applied to the lift . 

      3  –  The  sliding  glass  door  rolls  on  the 

two  small  lower  wheels  (  A  )  and        ( B  )  . Under normal conditions  the upper  wheels  don't  touch  their horizontal guide . a – compute the force ( P ) required 

to  slide  the  door  at  a  steady speed if the wheel ( A ) becomes "  frozen  "  and does not  turn  in its bearing . 

b – Rework the problem if wheel ( B ) becomes  "  frozen  "  instead of wheel         ( A ) .  if the coefficient of  friction  between  a  frozen wheel and  supporting  surface  is     ( 0.3  )  , and  the  center of mass of  the  (  140  N  )  door  is  at  its geometric center . Neglect the small diameters of the wheel