اذكر كل التدفقات النقدية مع سنواتها؛ الاستثمار في السنة 0 سالب.
اخصم كل تدفق نقدي: CFt/(1 + r)t.
اجمعها لتحصل على NPV. القيمة الموجبة تعني أن المشروع يحقّق أكثر من r.
لإيجاد IRR، أوجد المعدل الذي يجعل NPV صفرًا بالتجربة أو بالاستيفاء.
التوزيع الطبيعي
الدرجة المعيارية z
z = (x − μ)/σ
أقل من x
P(X < x) = Φ(z)
أكبر من x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
بين قيمتين
Φ(z2) − Φ(z1)
المئين
x = μ + z·σ
الطريقة
حوّل القيمة إلى درجة معيارية: z = (x − μ)/σ.
ابحث عن Φ(z)، وهي المساحة على يسار z.
للمساحة على اليمين استخدم 1 − Φ(z)؛ ولفترة اطرح المساحتين اليساريتين.
للمئين اعمل بشكل عكسي: أوجد z للمساحة، ثم x = μ + z·σ.
2مسائل تدريبية
1.ردود أفعال ركائز الكمراتمتوسطة
الكمرة الكابولية مثبَّتة في الجدار عند A. تحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على طولها كله وحملًا مركّزًا P على بعد 3 m من الجدار. أوجد مقدار عزم ردّ الفعل MA عند الجدار.
L = 8 mP = 15 kN عند 3 mw = 3 kN/m من 0 إلى 8 m
MA = kN·m
2.ردود أفعال ركائز الكمراتصعبة
للكمرة مسمار في A وبكرة في B على بعد 4 m من A، وتبرز بعد B حتى الطرف الحر C. تحمل حملًا مركّزًا P على بعد 3 m من A وحملًا موزّعًا بانتظام w من 2 m حتى الطرف الحر عند 6 m. أوجد ردّ الفعل الرأسي RA، معتبرًا الاتجاه إلى الأعلى موجبًا.
AB = 4 mAC = 6 mP = 80 kN عند 3 mw = 3 kN/m من 2 إلى 6 m
RA = kN
3.الجملون: طريقة العقدمتوسطة
استخدم طريقة العقد لإيجاد القوة FAB في العضو AB. اجعل الشدّ موجبًا والضغط سالبًا.
البحر = 4 mالارتفاع = 4 mتبعد B مسافة 3 m عن Aالحمل الرأسي = 35 kN
FAB = kN
4.الجملون: طريقة العقدصعبة
استخدم طريقة العقد لإيجاد القوة FAB في العضو AB. اجعل الشدّ موجبًا والضغط سالبًا.
البحر = 8 mالارتفاع = 3 mتبعد B مسافة 1 m عن Aالحمل الرأسي = 45 kNالحمل الأفقي = 10 kN ←
FAB = kN
5.قوة القص وعزم الانحناءمتوسطة
ترتكز الكمرة على مسمار في A وبكرة في B، وتبرز بعد B مسافة 2 m حتى الطرف الحر C. تحمل حملًا مركّزًا P1 بين الركيزتين وحملًا مركّزًا P2 عند C. أوجد عزم الانحناء Mx تحت الحمل P1. اعتبر العزوم التي تشدّ الألياف السفلية (التقعّر) موجبة، وقوة القص إلى الأعلى على الوجه الأيسر موجبة.
L = 7 mP1 = 75 kN عند 1,5 mP2 = 75 kN عند 7 mركيزتان عند x = 0 و x = 5 m
Mx = kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناءصعبة
تقسم العلامات من A إلى G الكمرة إلى ستة أجزاء متساوية. عند أي علامة يكون عزم الانحناء الأكبر حجمًا، تقعيريًا أو تحدبيًا؟ انقر عليها في المخطط.
25 kN @ 0 m55 kN @ 6 m40 kN @ 3 m
1A (x = 0 m)
2B (x = 1 m)
3C (x = 2 m)
4D (x = 3 m)
5E (x = 4 m)
6F (x = 5 m)
7G (x = 6 m)
7.ترخيم الكمرةمتوسطة
كابولي يحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على طوله كله وحملًا مركّزًا P عند طرفه الحر. باستخدام التراكب، أوجد الترخيم δ عند الطرف الحر.
P = 11 kNw = 20 kN/mL = 2 mE = 200 GPa (الفولاذ)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δ = mm
8.ترخيم الكمرةصعبة
كمرة بسيطة الارتكاز تحمل حملًا مركّزًا P على بعد b = 1 m من الركيزة B. أوجد أقصى ترخيم δmax للكمرة.
P = 10 kNb = 1 mL = 4 mE = 11 GPa (خشب إنشائي)I = 84 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.انبعاج الأعمدةمتوسطة
عمود طوله L من الفولاذ مثبَّت عند القاعدة وحرّ عند القمة. باستخدام صيغة أويلر أوجد حمل الانبعاج الحرج Pcr.
L = 1 mE = 200 GPa (الفولاذ)d = 60 mm
Pcr = kN
10.انبعاج الأعمدةصعبة
عمود دائري مصمت طوله L من الألومنيوم مثبَّت عند القاعدة ومفصلي عند القمة. يجب أن يحمل 130 kN بمعامل أمان 2,5 ضد الانبعاج. أوجد أصغر قطر d.
P = 130 kNn = 2,5L = 4 mE = 70 GPa (الألومنيوم)
d = mm
11.المركز وعزم القصور الذاتيمتوسطة
مقطع مجرى موضوع وجانبه المفتوح إلى الأعلى: لوح قاعدة عرضه 140 mm مع ساقين قائمتين، ارتفاعه الكلي 200 mm. سُمك القاعدة والساقين كلها 8 mm. أوجد عزم قصوره الذاتي Ix حول المحور الأفقي x المارّ بمركزه.
b = 140 mmh = 200 mmt = 8 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.المركز وعزم القصور الذاتيصعبة
يُستخدم مقطع T ككمرة والشفة في الأعلى، ويحمل عزم انحناء موجبًا مقداره 25 kN·m. أوجد مقدار إجهاد الانحناء σالأعلى عند الحافة العلوية.
طبقة طين مفرطة التصلّب سُمكها 2,5 m لها Cc = 0,4، و Cr = 0,05 و e₀ = 0,6. في منتصف عمقها يكون الإجهاد الرأسي الفعّال 55 kPa ونسبة فرط التصلّب OCR = 1,5. يضيف مبنى جديد 180 kPa من الإجهاد الرأسي في منتصف العمق. أوجد هبوط التصلّب الابتدائي S بالـ mm.
طبقة طين سُمكها 3,5 m معامل تصلّبها cv = 2 m²/year. تقع بين طبقتي رمل، لذا يُصرَّف الماء من الأعلى والأسفل. لتصلّب متوسط بنسبة 60% يكون معامل الزمن Tv = 0,287. كم سنة t تستغرق الطبقة لتبلغ تصلّبًا بنسبة 60%؟
أنبوب طوله 100 m وقطره الداخلي 300 mm (معامل احتكاك دارسي f = 0,02) يمتدّ من خزان مفتوح ويصبّ كنفّاثة حرة في الهواء. الفواقد الثانوية هي: مدخل حاد الحافة (K = 0,5)، و 3 أكواع (K = 0,3 لكل منها) وصمام (K = 10). استخدم g = 9,81 m/s². كم يجب أن يرتفع سطح الخزان H فوق مخرج الأنبوب للحصول على معدل تدفق 75 L/s؟
قناة شبه منحرفة خرسانة غير مشطّبة عرض قاعها 3 m وميولها الجانبية 1,5:1 (أفقي:رأسي). يجري الماء جريانًا منتظمًا بعمق 1,2 m. معامل مانينغ n = 0,014 وميل القاع S = 0,0005. أوجد معدل التدفق Q بالـ m³/s.
b = 3 my = 1,2 mz = 1,5n = 0,014S = 0,0005
Q = m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)صعبة
قناة شبه منحرفة طوب عرض قاعها 4 m وميولها الجانبية 2:1 (أفقي:رأسي) يجب أن تنقل 7,4 m³/s بجريان منتظم عند عمق 0,9 m. معامل مانينغ n = 0,015. أوجد ميل القاع المطلوب S (بالـ m/m).
Q = 7,4 m³/sb = 4 my = 0,9 mz = 2n = 0,015
S = m/m
23.المضخات وقدرة المضخاتمتوسطة
مضخة تدفع 80 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) ضد سمت 16 m. كفاءة المضخة 70% وكفاءة المحرّك الكهربائي الذي يشغّلها 92%. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد القدرة الكهربائية Pel التي يسحبها المحرّك، بالـ kW.
مضخة تنقل 50 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) من خزان سفلي مفتوح إلى خزان علوي سطح مائه أعلى بـ 31 m. طول الأنبوب 100 m وقطره الداخلي 150 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,018؛ ومجموع معاملات الفواقد الثانوية ΣK = 6 (بما فيها المدخل والمخرج). استخدم g = 9,81 m/s². أوجد السمت H الذي يجب أن تضيفه المضخة.
تحتاج إلى €5 000 بعد 9 سنوات. يدفع حساب 5% سنويًا، تُركَّب الفائدة ربع سنوي. كم يجب أن تودع اليوم؟ أوجد القيمة الحالية PV.
FV = €5 0005% / 4n = 9
PV = €
26.القيمة الزمنية للنقودصعبة
يُسدَّد قرض قدره €12 000 بدفعات شهرية متساوية على مدى 4 سنوات. معدل الفائدة 4,8% سنويًا يُركَّب شهريًا. أوجد الدفعة الشهرية A.
P = €12 0004,8% / 12N = 48
A = €
27.NPV و IRRمتوسطة
استثمار قدره €45 000 يعطي التدفقات النقدية التالية في نهاية السنوات من 1 إلى 4: €18 000, €10 000, €10 000, €13 000. تكلفة رأس المال 8%. أوجد صافي القيمة الحالية NPV.
تبلغ تكلفة مشروع €25 000 ويعود بـ €13 500, €13 500 في نهاية السنوات من 1 إلى 2. أوجد معدل العائد الداخلي IRR بالنسبة المئوية.
CF0 = −25 000CF1 = 13 500CF2 = 13 500
IRR = %
29.التوزيع الطبيعيمتوسطة
X طبيعي بمتوسط 12 min وانحراف معياري 1,5 min؛ وY مستقل وطبيعي بمتوسط 20 min وانحراف معياري 2 min. أوجد الاحتمال P بأن يزيد X + Y على 29,5 min. قرّب z إلى منزلتين عشريتين.
μX = 12, σX = 1,5μY = 20, σY = 2X + Y > 29,5 min
P =
30.التوزيع الطبيعيصعبة
درجات معدل الذكاء (IQ) موزعة توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 100 درجة وانحراف معياري 15 درجة. أوجد القيمة x التي يقع تحتها 20% منها (المئين 20).
μ = 100σ = 15P = 20%
x = درجة
3المحاليل
1.ردود أفعال ركائز الكمرات
الإجابة: MA = 141 kN·m
اتزان الكابولي: الركيزة المثبَّتة تستطيع الدفع إلى الأعلى ومقاومة الدوران أيضًا، لذا تعطي ردّ فعل رأسيًا RA وعزم ردّ فعل MA. ΣFy = 0 يعطي RA، والعزوم حول الجدار تعطي MA = Σ(الحمل × البعد عن الجدار). الحمل الموزّع يؤثّر كمحصّلته في مركز مخطط الحمل.
محصّلة الحمل الموزّع
W = 3·8 = 24 kN, x̄ = 4 m
العزم حول الجدار
MA = P·a + W·x̄ = 15·3 + 24·4 = 141 kN·m
الإجابة
MA = 141 kN·m
2.ردود أفعال ركائز الكمرات
الإجابة: RA = 20 kN
الاتزان الاستاتيكي: الجسم الساكن يحقّق ΣFx = 0 و ΣFy = 0 و ΣM = 0 حول أي نقطة. استبدل كل حمل موزّع بمحصّلته (مساحته) المؤثّرة في مركز مخطط الحمل، وخذ العزوم حول ركيزة لحذف ردّ فعلها من المعادلة.
محصّلة الحمل الموزّع
W = 3·4 = 12 kN, x̄ = (2 + 6)/2 = 4 m
الاتزان
العزوم حول A، موجبة عكس عقارب الساعة. ثم اتزان القوى الرأسية.
ΣMA = 0: RB·4 = 80·3 + 12·4
RB = 288/4 = 72 kN
RA = 92 − 72 = 20 kN
الإجابة
RA = 20 kN
3.الجملون: طريقة العقد
الإجابة: FAB = −10,94 kN
طريقة العقد: كل عقدة في الجملون في حالة اتزان، لذا ΣFx = 0 و ΣFy = 0 عند كل عقدة. ابدأ بعقدة فيها قوتان مجهولتان على الأكثر. النتيجة السالبة تعني أن العضو في حالة ضغط.
ردود أفعال الركائز
اتزان الجملون كله. العزوم حول A، موجبة عكس عقارب الساعة.
ΣMA = 0: Cy·4 = 35·3 → Cy = 26,25 kN
ΣFy = 0: Ay = 35 − 26,25 = 8,75 kN
العقدة A
افترض أن كل عضو في حالة شدّ (يسحب بعيدًا عن العقدة). فقط AB له مركّبة رأسية عند A.
sin α = 4/5 = 0,8
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −8,75/0,8 = −10,94 kN
الإجابة
FAB = −10,94 kN (ضغط)
4.الجملون: طريقة العقد
الإجابة: FAB = −45,46 kN
طريقة العقد: كل عقدة في الجملون في حالة اتزان، لذا ΣFx = 0 و ΣFy = 0 عند كل عقدة. ابدأ بعقدة فيها قوتان مجهولتان على الأكثر. النتيجة السالبة تعني أن العضو في حالة ضغط.
ردود أفعال الركائز
اتزان الجملون كله. العزوم حول A، موجبة عكس عقارب الساعة.
ΣMA = 0: Cy·8 = 45·1 − 10·3 → Cy = 1,875 kN
ΣFy = 0: Ay = 45 − 1,875 = 43,13 kN
ΣFx = 0: Ax = 10 kN
العقدة A
افترض أن كل عضو في حالة شدّ (يسحب بعيدًا عن العقدة). فقط AB له مركّبة رأسية عند A.
sin α = 3/3,162 = 0,9487
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −43,13/0,9487 = −45,46 kN
الإجابة
FAB = −45,46 kN (ضغط)
5.قوة القص وعزم الانحناء
الإجابة: Mx = 33,75 kN·m
طريقة المقاطع: اقطع الكمرة حيث تريد القوى الداخلية واحتفظ بجانب واحد. توازن قوة القص V القوى الرأسية على ذلك الجانب، ويوازن عزم الانحناء M عزومها حول المقطع.
ردود أفعال الركائز
اتزان الكمرة كلها. حمل الجزء البارز يؤثّر أيضًا بعزم حول A.
ΣMA = 0: RB·5 = 75·1,5 + 75·7
RB = 637,5/5 = 127,5 kN
ΣFy = 0: RA = 150 − 127,5 = 22,5 kN
اقطع تحت P1 واحتفظ بالجزء الأيسر
Mx = RA·1,5 = 22,5·1,5 = 33,75 kN·m
الإجابة
Mx = 33,75 kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناء
الإجابة: E (x = 4 m)
أكبر عزم انحناء: يغير M ميله حيث تتغير قوة القص، لذا تقع قممه حيث تعبر قوة القص الصفر: تحت حمل نقطي، أو داخل حمل موزع، أو فوق مسند في كمرة ذات بروز. وعند المسند الثابت في كمرة كابولية يكون العزم أكبر ما يمكن عند الجدار. قارن حجم M في تلك المواضع، تقعيريًا كان أم تحدبيًا.
ردود أفعال الركائز
خذ العزوم حول أحد المسندين، ثم استخدم اتزان القوى الرأسية.
R1 = 10 kN, R2 = 110 kN
عزم الانحناء عند كل علامة
اجمع عزوم كل القوى على جانب واحد من القطع. التقعيري موجب والتحدبي سالب.
MA = 0, MB = −25, MC = −40, MD = −55, ME = −110 kN·m, MF = −55, MG = 0
الإجابة
علامة E: ME = −110 kN·m
7.ترخيم الكمرة
الإجابة: δ = 2,889 mm
ترخيم الكمرات: يُحسب الترخيم بتكامل الانحناء M/(EI) مرتين. الحالات القياسية مجدولة، مثل PL³/(3EI) لكابولي بحمل طرفي و 5wL⁴/(384EI) لكمرة بسيطة الارتكاز تحت حمل منتظم كامل. تُجمع ترخيمات الأحمال المنفصلة (التراكب).
وحدات متّسقة
اعمل بالـ N و mm: P بالـ N، w بالـ N/mm (kN/m = N/mm)، L بالـ mm، E بالـ N/mm² (GPa × 1000)، I بالـ mm⁴.
P = 11000 N, w = 20 N/mm, L = 2000 mm
EI = 2,4 × 10¹³ N·mm²
كل حمل منفردًا
δP = PL³/(3EI) = 11000·2000³/(3·2,4 × 10¹³) = 1,222 mm
δw = wL⁴/(8EI) = 20·2000⁴/(8·2,4 × 10¹³) = 1,667 mm
اجمعها
δ = 1,222 + 1,667 = 2,889 mm
الإجابة
δ = 2,889 mm
8.ترخيم الكمرة
الإجابة: δmax = 10,08 mm
ترخيم الكمرات: يُحسب الترخيم بتكامل الانحناء M/(EI) مرتين. الحالات القياسية مجدولة، مثل PL³/(3EI) لكابولي بحمل طرفي و 5wL⁴/(384EI) لكمرة بسيطة الارتكاز تحت حمل منتظم كامل. تُجمع ترخيمات الأحمال المنفصلة (التراكب).
وحدات متّسقة
اعمل بالـ N و mm: P بالـ N، w بالـ N/mm (kN/m = N/mm)، L بالـ mm، E بالـ N/mm² (GPa × 1000)، I بالـ mm⁴.
P = 10000 N, b = 1000 mm, L = 4000 mm
EI = 9,24 × 10¹¹ N·mm²
موضع الحد الأقصى
جعل الميل في الجزء الأطول صفرًا يعطي الموضع.
x = √((L² − b²)/3) = √((4000² − 1000²)/3) = 2236 mm
أقصى ترخيم
δmax = Pb(L² − b²)3/2/(9√3·EIL) = 10,08 mm
الإجابة
δmax = 10,08 mm
9.انبعاج الأعمدة
الإجابة: Pcr = 313,9 kN
انبعاج أويلر: يصبح العمود النحيف غير مستقر عند Pcr = π²EI/(KL)²، حيث KL الطول الفعّال: K = 1 لمفصلي–مفصلي، و 2 لمثبَّت–حرّ، و 0,7 لمثبَّت–مفصلي، و 0,5 لمثبَّت–مثبَّت. ينبعج حول المحور ذي أصغر I. تصحّ الصيغة للأعمدة النحيفة التي يبقى إجهادها الحرج دون إجهاد الخضوع.
انبعاج أويلر: يصبح العمود النحيف غير مستقر عند Pcr = π²EI/(KL)²، حيث KL الطول الفعّال: K = 1 لمفصلي–مفصلي، و 2 لمثبَّت–حرّ، و 0,7 لمثبَّت–مفصلي، و 0,5 لمثبَّت–مثبَّت. ينبعج حول المحور ذي أصغر I. تصحّ الصيغة للأعمدة النحيفة التي يبقى إجهادها الحرج دون إجهاد الخضوع.
الحمل الحرج المطلوب
Pcr = n·P = 2,5·130000 = 325000 N
KL = 0,7·4000 = 2800 mm
حلّ لإيجاد القطر
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·325000·2800²/(π³·70000))^(1/4) = 93,1 mm
المساحات المركّبة: قسّم المقطع إلى مستطيلات. المركز هو المتوسط الموزون بالمساحة ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. عزم القصور الذاتي حول المحور المركزي يجمع bh³/12 لكل جزء وحدّ المحور الموازي A·d²، حيث d بعد مركز الجزء عن المركز الكلي. إجهاد الانحناء σ = M·y/I.
قسّم إلى مستطيلات
خذ القاعدة بكامل عرضها والساقين فوقها (بارتفاع h − t)، حتى لا يُحسب شيء مرتين.
المساحات المركّبة: قسّم المقطع إلى مستطيلات. المركز هو المتوسط الموزون بالمساحة ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. عزم القصور الذاتي حول المحور المركزي يجمع bh³/12 لكل جزء وحدّ المحور الموازي A·d²، حيث d بعد مركز الجزء عن المركز الكلي. إجهاد الانحناء σ = M·y/I.
قسّم إلى مستطيلين
قِس كل y من الحافة السفلية.
الشفة: Af = 280·15 = 4200 mm², yf = 100 + 15/2 = 107,5 mm
الإجهاد الفعّال (ترزاغي): يحمل هيكل التربة σ′ = σ − u. الإجهاد الكلي σ هو وزن كل ما فوق النقطة، Σγ·h، باستخدام الوزن الحجمي الجاف فوق منسوب المياه والمشبع أسفله. أسفل منسوب المياه يكون ضغط الماء المسامي هيدروستاتيكيًا: u = γw·(العمق أسفل منسوب المياه).
الإجهاد الكلي
اجمع وزن كل طبقة تربة فوق X. فوق منسوب المياه استخدم الوزن الحجمي الجاف، وأسفله المشبع.
الإجهاد الفعّال (ترزاغي): يحمل هيكل التربة σ′ = σ − u. الإجهاد الكلي σ هو وزن كل ما فوق النقطة، Σγ·h، باستخدام الوزن الحجمي الجاف فوق منسوب المياه والمشبع أسفله. أسفل منسوب المياه يكون ضغط الماء المسامي هيدروستاتيكيًا: u = γw·(العمق أسفل منسوب المياه).
الإجهاد الكلي
اجمع وزن كل طبقة تربة فوق X. فوق منسوب المياه استخدم الوزن الحجمي الجاف، وأسفله المشبع.
σ = γd·2 + γsat,sand·1 + γsat,clay·3
σ = 17·2 + 19·1 + 17·3 = 104 kPa
الإجابة
σ = 104 kPa
15.هبوط التصلّب
الإجابة: S = 297,9 mm
التصلّب الابتدائي لطبقة طين سُمكها H، باستخدام الإجهاد الفعّال في منتصف الطبقة: σ′f = σ′0 + Δσ. الطين المتصلّب طبيعيًا: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). الطين مفرط التصلّب يُعاد ضغطه على امتداد Cr حتى ضغط التصلّب المسبق σ′p ولا يتبع Cc إلا بعده. الزمن: t = Tv·Hdr²/cv، حيث مسار التصريف Hdr يساوي H/2 عندما يستطيع الماء الخروج من الأعلى والأسفل، و H عندما يصرّف جانب واحد فقط.
ضغط التصلّب المسبق
σ′p = OCR·σ′0 = 1,5·55 = 82,5 kPa
قارن بضغط التصلّب المسبق
σ′f = 55 + 180 = 235 kPa > 82,5 kPa
الهبوط
إعادة الضغط حتى σ′p، ثم الانضغاط البكر بعده.
S = 0,05·2,5/(1 + 0,6)·log₁₀(82,5/55) + 0,4·2,5/(1 + 0,6)·log₁₀(235/82,5)
S = 13,76 + 284,1 = 297,9 mm
الإجابة
S = 297,9 mm
16.هبوط التصلّب
الإجابة: t = 0,4395 سنوات
التصلّب الابتدائي لطبقة طين سُمكها H، باستخدام الإجهاد الفعّال في منتصف الطبقة: σ′f = σ′0 + Δσ. الطين المتصلّب طبيعيًا: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). الطين مفرط التصلّب يُعاد ضغطه على امتداد Cr حتى ضغط التصلّب المسبق σ′p ولا يتبع Cc إلا بعده. الزمن: t = Tv·Hdr²/cv، حيث مسار التصريف Hdr يساوي H/2 عندما يستطيع الماء الخروج من الأعلى والأسفل، و H عندما يصرّف جانب واحد فقط.
مسار التصريف
Hdr = H/2 = 3,5/2 = 1,75 m
الزمن
t = Tv·Hdr²/cv = 0,287·1,75²/2 = 0,4395 سنوات
الإجابة
t = 0,4395 سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكية
الإجابة: F = 51,5 kN
القوة الهيدروستاتيكية على سطح مستوٍ: F = ρ·g·yc·A. وتؤثّر عند مركز الضغط، ycp = yc + Ic/(ycA)، الذي يقع دائمًا أسفل المركز.
عمق المركز والمساحة
yc = d + H/2 = 1 + 1,5/2 = 1,75 m
A = H·b = 1,5·2 = 3 m²
القوة المحصّلة
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·1,75·3 = 51,5 kN
الإجابة
F = 51,5 kN
18.القوة الهيدروستاتيكية
الإجابة: F = 37,08 kN
القوة الهيدروستاتيكية على سطح مستوٍ: F = ρ·g·yc·A. وتؤثّر عند مركز الضغط، ycp = yc + Ic/(ycA)، الذي يقع دائمًا أسفل المركز.
عمق المركز والمساحة
yc = d + H/2 = 2,5 + 1/2 = 3 m
A = H·b = 1·1 = 1 m²
القوة المحصّلة
F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·3·1 = 37,08 kN
الإجابة
F = 37,08 kN
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت
الإجابة: hf = 39,66 m
الجريان في الأنابيب: يميّز عدد رينولدز Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ الجريان الصفائحي (Re أقل من نحو 2000) من الجريان المضطرب (فوق نحو 4000). يكلّف الاحتكاك على طول الأنبوب فاقد سمت دارسي–فايسباخ hf = f·(L/D)·V²/(2g). وتضيف الوصلات والصمامات والمدخل والمخرج فواقد ثانوية hm = ΣK·V²/(2g). بين سطحي خزانين مفتوحين تعطي معادلة الطاقة Δz = hf + hm، مع احتساب فاقد المخرج K = 1.
السرعة المتوسطة
A = π·0,1²/4 = 0,007854 m²
V = Q/A = 0,02/0,007854 = 2,546 m/s
سمت السرعة
V²/(2g) = 2,546²/(2·9,81) = 0,3305 m
دارسي–فايسباخ
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,03·(400/0,1)·2,546²/(2·9,81) = 39,66 m
الإجابة
hf = 39,66 m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت
الإجابة: H = 1,094 m
الجريان في الأنابيب: يميّز عدد رينولدز Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ الجريان الصفائحي (Re أقل من نحو 2000) من الجريان المضطرب (فوق نحو 4000). يكلّف الاحتكاك على طول الأنبوب فاقد سمت دارسي–فايسباخ hf = f·(L/D)·V²/(2g). وتضيف الوصلات والصمامات والمدخل والمخرج فواقد ثانوية hm = ΣK·V²/(2g). بين سطحي خزانين مفتوحين تعطي معادلة الطاقة Δz = hf + hm، مع احتساب فاقد المخرج K = 1.
السرعة المتجهة
V = Q/A = 0,075/0,07069 = 1,061 m/s
V²/(2g) = 0,05738 m
معاملات الفاقد
f·L/D = 0,02·100/0,3 = 6,667
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 10 = 11,4
معادلة الطاقة
نفّاثة المخرج ما زالت تحمل سمت سرعتها؛ وهو ليس فاقدًا لكن يجب توفيره.
H = (1 + 6,667 + 11,4)·0,05738 = 1,094 m
الإجابة
H = 1,094 m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)
الإجابة: Q = 7,837 m³/s
معادلة مانينغ (SI): للجريان المنتظم في قناة مفتوحة V = (1/n)·R2/3·S1/2 و Q = A·V، حيث n معامل الخشونة، و S ميل القاع (m/m)، و R = A/P نصف القطر الهيدروليكي: مساحة الجريان مقسومة على المحيط المبلَّل. لا يُحسب في P إلا الحدّ الملامس للماء، لا السطح الحر. المستطيل: A = b·y، P = b + 2y. شبه المنحرف بميول جانبية z:1 (أفقي:رأسي): A = (b + z·y)·y، P = b + 2y·√(1 + z²). الأنبوب الدائري الممتلئ أو نصف الممتلئ له R = D/4.
الهندسة
A = (b + z·y)·y = (3 + 1,5·1,2)·1,2 = 5,76 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 3 + 2·1,2·√(1 + 1,5²) = 7,327 m
R = A/P = 0,7862 m
السرعة المتجهة
V = (1/0,014)·0,78622/3·0,00051/2 = 1,361 m/s
معدّل التدفّق
Q = A·V = 5,76·1,361 = 7,837 m³/s
الإجابة
Q = 7,837 m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)
الإجابة: S = 0,0008023 m/m
معادلة مانينغ (SI): للجريان المنتظم في قناة مفتوحة V = (1/n)·R2/3·S1/2 و Q = A·V، حيث n معامل الخشونة، و S ميل القاع (m/m)، و R = A/P نصف القطر الهيدروليكي: مساحة الجريان مقسومة على المحيط المبلَّل. لا يُحسب في P إلا الحدّ الملامس للماء، لا السطح الحر. المستطيل: A = b·y، P = b + 2y. شبه المنحرف بميول جانبية z:1 (أفقي:رأسي): A = (b + z·y)·y، P = b + 2y·√(1 + z²). الأنبوب الدائري الممتلئ أو نصف الممتلئ له R = D/4.
الهندسة
A = (b + z·y)·y = (4 + 2·0,9)·0,9 = 5,22 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 4 + 2·0,9·√(1 + 2²) = 8,025 m
قدرة المضخة: القدرة المعطاة للماء هي القدرة الهيدروليكية Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. يجب أن يقدّم العمود أكثر من ذلك لأن المضخة تفقد جزءًا: Pshaft = Ph/ηpump، ويسحب المحرّك Pel = Pshaft/ηmotor. يُستنتج سمت المضخة H من معادلة الطاقة: الرفع الاستاتيكي + سمت الضغط + كل فواقد الاحتكاك والفواقد الثانوية.
القدرة الهيدروليكية
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,08·16 = 12,56 kW
قدرة العمود
Pshaft = 12,56/0,7 = 17,94 kW
القدرة الكهربائية
Pel = 17,94/0,92 = 19,5 kW
الإجابة
Pel = 19,5 kW
24.المضخات وقدرة المضخات
الإجابة: H = 38,34 m
قدرة المضخة: القدرة المعطاة للماء هي القدرة الهيدروليكية Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. يجب أن يقدّم العمود أكثر من ذلك لأن المضخة تفقد جزءًا: Pshaft = Ph/ηpump، ويسحب المحرّك Pel = Pshaft/ηmotor. يُستنتج سمت المضخة H من معادلة الطاقة: الرفع الاستاتيكي + سمت الضغط + كل فواقد الاحتكاك والفواقد الثانوية.
السطحان مفتوحان وساكنان عمليًا، لذا تسقط حدود الضغط والسرعة.
H = Δz + hL = 31 + 7,345 = 38,34 m
الإجابة
H = 38,34 m
25.القيمة الزمنية للنقود
الإجابة: PV = 3197 €
القيمة الزمنية للنقود: المال اليوم أثمن من المبلغ نفسه لاحقًا، لأنه يستطيع أن يكسب فائدة. بمعدل فائدة i لكل فترة، ينمو المبلغ وفق FV = PV·(1 + i)n. تُقيَّم سلسلة الدفعات المتساوية (الدفعات السنوية) بجمع كل دفعة، ومن هنا تأتي صيغ الدفعات.
المعدل وعدد الفترات
i = 0,05/4 = 0,0125
N = 4·9 = 36
القيمة الحالية
PV = FV/(1 + i)N = 5 000/1,564 = €3 197,05
الإجابة
PV = €3 197,05
26.القيمة الزمنية للنقود
الإجابة: A = 275,3 €
القيمة الزمنية للنقود: المال اليوم أثمن من المبلغ نفسه لاحقًا، لأنه يستطيع أن يكسب فائدة. بمعدل فائدة i لكل فترة، ينمو المبلغ وفق FV = PV·(1 + i)n. تُقيَّم سلسلة الدفعات المتساوية (الدفعات السنوية) بجمع كل دفعة، ومن هنا تأتي صيغ الدفعات.
المعدل الشهري وعدد الدفعات
i = 0,048/12 = 0,004
N = 12·4 = 48
الدفعة
القيمة الحالية لـ N دفعة متساوية A هي A·(1 − (1 + i)⁻ᴺ)/i. ساوِها بالقرض وحُلّ لإيجاد A.
(1 + i)−N = 0,8256
A = 12 000·0,004/(1 − 0,8256) = €275,27
الإجابة
A = €275,27
27.NPV و IRR
الإجابة: NPV = −2266 €
صافي القيمة الحالية: اخصم كل تدفق نقدي إلى اليوم بمعدل العائد المطلوب r، ثم اجمعها: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. المشروع الذي NPV > 0 يكسب أكثر من r ويضيف قيمة. معدل العائد الداخلي (IRR) هو المعدل الذي يجعل NPV = 0.
القيمة الحالية لكل تدفق نقدي
CF0 = −45 000
CF1/(1 + 0,08)1 = 18 000/1,08 = 16 666,67
CF2/(1 + 0,08)2 = 10 000/1,166 = 8 573,39
CF3/(1 + 0,08)3 = 10 000/1,26 = 7 938,32
CF4/(1 + 0,08)4 = 13 000/1,36 = 9 555,39
اجمعها
NPV = €−2 266,23
الإجابة
NPV = €−2 266,23
NPV سالبة، لذا يكسب المشروع أقل من العائد المطلوب.
28.NPV و IRR
الإجابة: IRR = 5,288 %
صافي القيمة الحالية: اخصم كل تدفق نقدي إلى اليوم بمعدل العائد المطلوب r، ثم اجمعها: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. المشروع الذي NPV > 0 يكسب أكثر من r ويضيف قيمة. معدل العائد الداخلي (IRR) هو المعدل الذي يجعل NPV = 0.
احصر IRR بين قيمتين
تنخفض NPV كلما ارتفع المعدل، لذا يقع IRR بين معدل يعطي NPV موجبة ومعدل يعطي NPV سالبة.
NPV(5%) = 102,04
NPV(10%) = −1 570,25
ضيّق النطاق
يعطي الاستكمال الخطي تقديرًا أوليًا؛ وتكراره (أو دالة IRR في الآلة الحاسبة) يعطي المعدل الدقيق.
مجاميع المتغيرات الطبيعية وفروقها: إذا كان X وY مستقلين وطبيعيين فإن X + Y وX − Y طبيعيان أيضًا. تُجمع المتوسطات أو تُطرح: E(X ± Y) = μX ± μY. أما التباينات فدائمًا تُجمع، حتى في الفرق: Var(X ± Y) = σX² + σY²، إذن σ = √(σX² + σY²). ولا تُجمع الانحرافات المعيارية مباشرةً أبدًا. مجموع n عنصرًا مستقلًا لها التوزيع نفسه متوسطه n·μ وانحرافه المعياري σ·√n. ثم عيّر كالمعتاد: z = (x − المتوسط)/σ واقرأ Φ(z).
توزيع المجموع
μ = 32 min, σ = √(1,5² + 2²) = 2,5 min
حوّل إلى الصيغة المعيارية
z = (29,5 − 32)/2,5 = −1
الذيل العلوي
P = 1 − Φ(−1) = 1 − 0,1587 = 0,8413
الإجابة
P = 0,8413
30.التوزيع الطبيعي
الإجابة: x = 87,38 درجة
التوزيع الطبيعي: حوّل القيمة x إلى درجة معيارية z = (x − μ)/σ، وهي تعدّ الانحرافات المعيارية عن المتوسط. يعطي جدول z (أو Φ(z)) المساحة على يسار z، وهي P(X < x). المساحة على اليمين هي 1 − Φ(z)، والمساحة بين قيمتين هي الفرق بين مساحتيهما.
قيمة z للمئين
Φ(z) = 0,2 → z = −0,8416
العودة إلى x
x = 100 + −0,8416·15 = 87,38 درجة
الإجابة
x = 87,38 درجة
هذه مادة تدريب مستقلة. ExamProblems غير تابع للجهة التي تنظّم هذا الامتحان ولا معتمد منها، ويُستخدم اسم الامتحان لوصف المحتوى فقط. يُجري اختبار FE exam جهةُ NCEES، وهي غير تابعة لـ ExamProblems ولا تؤيده.