Xét một hình phẳng biểu diễn mặt cắt ngang F như trên H.6.2.
Lập một hệ tọa độ vuơng gĩc Oxy trong mặt phẳng của mặt cắt. M(x,y) là một điểm bất kỳ trên hình. Lấy chung quanh M một diện tích vi phân dF.
61 ♦ Mơmen tĩnh của mặt cắt F đối với trục x (hay y) là tích phân:
= ; = ( . )
vì x, y cĩ thể âm hoặc dương nên mơmen
tĩnh cĩ thể cĩ trị số âm hoặc dương.
Thứ nguyên của mơmen tĩnh là [(chiều dài)3].
♦ Trục trung tâm là trục cĩ mơmen tĩnh của mặt cắt F đối với trục đĩ bằng khơng.
♦ Trọng tâm là giao điểm của hai trục trung tâm.
Mơmen tĩnh đối với một trục đi qua trọng tâm bằng khơng.
♦ Cách xác định trọng tâm C của mặt cắt F:
Dựng hệ trục x0Cy0 song song với hệ trục xOy ban đầu (H.6.2). Ta cĩ
x = xc + x0 ; y = yc + y0 với C(x0,y0)
Thay vào (6.1), ta được:
= ( + ) = + = +
vì trục x0 là trục trung tâm nên Sx0 = 0, suy ra:
= ( . )
Chứng minh tương tự:
= ( . )
Từ (6.2) ta cĩ:
= ; = ( . )
Kết luận: Tọa độ trọng tâm C(x0,y0) được xác định trong hệ trục xOy ban đầu
theo mơmen tĩnh Sx, Sy và diện tích F theo (6.4).
Ngược lại, nếu biết trước tọa độ trọng tâm, cĩ thể sử dụng (6.2), (6.3) để xác định các mơmen tĩnh.
Nhận xét 1: Mặt cắt cĩ một trục đối xứng, trọng tâm nằm trên trục này vì mơmen
tĩnh đối với trục đối xứng bằng khơng (H.6.3a,b).
62
Mặt cắt cĩ hai trục đối xứng, trọng tâm nằm ở giao điểm hai trục đối xứng
(H.6.3c).
Thực tế, cĩ thể gặp những mặt cắt ngang cĩ hình dáng phức tạp được ghép từ nhiều hình đơn giản.
Tính chất: Mơmen tĩnh của hình phức tạp bằng tổng mơmen tĩnh của các hình đơn giản.
Với những hình đơn giản như chữ nhật, trịn, tam giác hoặc mặt cắt các loại thép định hình I, U, V, L… ta đã biết trước (hoặc cĩ thể tra theo các bảng trong phần phụ lục) diện tích, vị trí trọng tâm, từ đĩ dễ dàng tính được mơmen tĩnh của
hình phức tạp gồm n hình đơn giản:
= + + ⋯ + = ( . ) = + + ⋯ + = ( . )
trong đĩ: Fi , xi , yi lần lượt là diện tích và tọa độ trọng tâm của hình thứ i.