التدريب لاختبار FE للهندسة المدنية: حزمة المراجعة المكثفة

أوراق القوانين، وأهم خطوات الحل لكل موضوع، و30 مسألة تدريبية، مع الحلول الكاملة في الخلف.

مسائل جديدةالعودة إلى المقرّر

في نافذة الطباعة اختر «حفظ بصيغة PDF» لحفظ نسخة على جهازك.

1القوانين وطرق الحل

ردود أفعال ركائز الكمرات

الاتزان
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
حمل منتظم
المحصّلة w·L في منتصف الحمل
العزم
M = F·d

الطريقة

  1. ارسم مخطط الجسم الحر واستبدل كل ركيزة بردود أفعالها.
  2. استبدل كل حمل موزّع بقوة واحدة عند مركزه.
  3. خذ العزوم حول ركيزة واحدة لإيجاد ردّ الفعل عند الأخرى.
  4. استخدم ΣFy = 0 لإيجاد ردّ الفعل المتبقي، وتحقّق بمعادلة عزوم ثانية.

الجملون: طريقة العقد

طريقة العقد
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
طريقة المقاطع
ΣM = 0 about a cut point
قوة العضو
موجب = شدّ، سالب = ضغط

الطريقة

  1. أوجد ردود أفعال الركائز للجملون كله.
  2. طريقة العقد: ابدأ بعقدة فيها قوتا عضوين مجهولتان على الأكثر واستخدم ΣFx = 0 و ΣFy = 0.
  3. طريقة المقاطع: اقطع عبر العضو المطلوب وخذ العزوم حول نقطة تلتقي فيها الأعضاء المجهولة الأخرى.
  4. افترض الشدّ؛ الإجابة السالبة تعني الضغط.

قوة القص وعزم الانحناء

القص والعزم
V = ΣF على جانب واحد، M = ΣF·d على جانب واحد
إجهاد الانحناء
σ = M·y/I
مستطيل
I = bh³/12
معامل المقطع
W = I/ymax
بسيطة الارتكاز، حمل منتظم
Mmax = wL²/8

الطريقة

  1. أوجد ردود أفعال الركائز من اتزان الكمرة كلها.
  2. اقطع الكمرة عند المقطع المطلوب واحتفظ بجانب واحد.
  3. قوة القص: مجموع القوى الرأسية على ذلك الجانب. عزم الانحناء: مجموع عزومها حول المقطع.
  4. لإيجاد أقصى عزم، أوجد الموضع الذي تنعدم فيه قوة القص.

ترخيم الكمرة

حمل مركّز في منتصف البحر
δ = PL³/(48EI)
حمل منتظم، كمرة بسيطة الارتكاز
δ = 5wL⁴/(384EI)
كابولي، حمل طرفي
δ = PL³/(3EI)
كابولي، حمل منتظم
δ = wL⁴/(8EI)
التراكب
δ = δ1 + δ2

انبعاج الأعمدة

حمل أويلر
Pcr = π²EI/(KL)²
معامل الطول الفعّال
K = 1 مفصلي–مفصلي، 0,5 مثبَّت–مثبَّت، 0,7 مثبَّت–مفصلي، 2 مثبَّت–حرّ
الإجهاد الحرج
σcr = Pcr/A
النحافة
λ = KL/r, r = √(I/A)

المركز وعزم القصور الذاتي

المركز
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
مستطيل
I = bh³/12
نظرية المحور الموازي
I = Ic + A·d²
مقطع مركّب
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

الإجهاد الفعّال في التربة

الإجهاد الكلي
σ = Σγi·hi
ضغط الماء المسامي
u = γw·(z − zw)
الإجهاد الفعّال
σ′ = σ − u
الماء
γw = 9,81 kN/m³

هبوط التصلّب

متصلّبة طبيعيًا
S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
الإجهاد النهائي
σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
مفرطة التصلّب، σ′f ≤ σ′p
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
مفرطة التصلّب، σ′f > σ′p
S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
نسبة فرط التصلّب
OCR = σ′p/σ′0
زمن التصلّب
t = Tv·Hdr²/cv
مسار التصريف
Hdr = H/2 (تصريف مزدوج)، H (تصريف أحادي)
معاملات الزمن
U 50% → 0,197, 60% → 0,287, 70% → 0,403, 80% → 0,567, 90% → 0,848

القوة الهيدروستاتيكية

الضغط عند عمق
p = ρgh
القوة على جدار رأسي
F = ρg·hc·A
مركز الضغط
yp = yc + Ic/(ycA)
مستطيل
Ic = bH³/12

احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

عدد رينولدز
Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
نظام الجريان
صفائحي تحت Re ≈ 2000، مضطرب فوق Re ≈ 4000
السرعة المتوسطة
V = Q/A, A = π·D²/4
دارسي–فايسباخ
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
الفواقد الثانوية
hm = ΣK·V²/(2g)
قيم K النموذجية
المدخل 0,5، المخرج 1,0، كوع 90° ≈ 0,3
هبوط الضغط
Δp = ρ·g·hf
خزانان مفتوحان
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
مخرج حر
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

معادلة مانينغ
V = (1/n)·R2/3·S1/2
معدّل التدفّق
Q = A·V
نصف القطر الهيدروليكي
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
مستطيل
A = b·y, P = b + 2y
شبه منحرف (ميل الجانب z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
أنبوب دائري، ممتلئ أو نصف ممتلئ
R = D/4
الميل المطلوب
S = (n·Q/(A·R2/3))²

المضخات وقدرة المضخات

القدرة الهيدروليكية
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
قدرة العمود
Pshaft = Ph/ηpump
القدرة الكهربائية
Pel = Pshaft/ηmotor
سمت المضخة
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
فواقد المنظومة
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

القيمة الزمنية للنقود

القيمة المستقبلية
FV = PV·(1 + i)n
القيمة الحالية
PV = FV/(1 + i)n
عدة فترات في السنة
i = r/m, N = m·n
الدفعات، القيمة الحالية
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
الدفعات، القيمة المستقبلية
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

الطريقة

  1. ارسم خطًا زمنيًا يضمّ كل تدفق نقدي وتوقيته.
  2. طابق المعدل مع الفترة: معدل شهري للدفعات الشهرية.
  3. استخدم FV = PV·(1 + i)ⁿ للمبالغ المفردة وصيغ الدفعات المتساوية (الأقساط) للدفعات المتساوية.
  4. تحقّق من إشارة الإجابة ومن رتبة مقدارها.

NPV و IRR

صافي القيمة الحالية
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
تدفقات نقدية متساوية
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
معدل العائد الداخلي
قيمة r التي يكون عندها NPV = 0
القرار
اقبل عندما NPV > 0 (أو IRR > العائد المطلوب)

الطريقة

  1. اذكر كل التدفقات النقدية مع سنواتها؛ الاستثمار في السنة 0 سالب.
  2. اخصم كل تدفق نقدي: CFt/(1 + r)t.
  3. اجمعها لتحصل على NPV. القيمة الموجبة تعني أن المشروع يحقّق أكثر من r.
  4. 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

  1. حوّل القيمة إلى درجة معيارية: z = (x − μ)/σ.
  2. ابحث عن Φ(z)، وهي المساحة على يسار z.
  3. للمساحة على اليمين استخدم 1 − Φ(z)؛ ولفترة اطرح المساحتين اليساريتين.
  4. للمئين اعمل بشكل عكسي: أوجد z للمساحة، ثم x = μ + z·σ.

2مسائل تدريبية

1.ردود أفعال ركائز الكمراتمتوسطة
P1​ = 35 kNP2​ = 50 kNABRA​RB​ = ?2 m6 m2 m

للكمرة البسيطة الارتكاز مسمار في A وبكرة في B. أوجد ردّ فعل الركيزة الرأسي RB.

L = 10 mP1 = 35 kN عند 2 mP2 = 50 kN عند 8 m
RB = kN
2.ردود أفعال ركائز الكمراتصعبة
w0​ = 6 kN/mP = 10 kNABMA​ = ?3 m2 m

الكمرة الكابولية مثبَّتة في الجدار عند A. تحمل حملًا متغيّرًا خطيًا شدته صفر عند الجدار ويرتفع إلى 6 kN/m عند الطرف الحر B، إضافةً إلى حمل مركّز P على بعد 3 m من الجدار. أوجد مقدار عزم ردّ الفعل MA عند الجدار.

L = 5 mw0 = 6 kN/mP = 10 kN عند 3 m
MA = kN·m
3.الجملون: طريقة العقدمتوسطة
ABBCACACB50 kN6 m4 m2 m

استخدم طريقة العقد لإيجاد القوة FAB في العضو AB. اجعل الشدّ موجبًا والضغط سالبًا.

البحر = 6 mالارتفاع = 2 mتبعد B مسافة 4 m عن Aالحمل الرأسي = 50 kN
FAB = kN
4.الجملون: طريقة العقدصعبة
ABCDEFGH10 kN25 kN20 kN25 kN30 kN4 × 3 m3 m

عضو واحد بالضبط في هذا الجمالون لا يحمل قوة تحت هذه الأحمال. أي عضو هو عضو القوة الصفرية؟ انقر عليه في المخطط.

C: 10 kN ↓D: 25 kN ↓F: 20 kN ↓G: 25 kN ↓H: 30 kN ←
  1. 1العضو AB
  2. 2العضو BC
  3. 3العضو CD
  4. 4العضو DE
  5. 5العضو FG
  6. 6العضو GH
  7. 7العضو AF
  8. 8العضو HE
  9. 9العضو BF
  10. 10العضو CG
  11. 11العضو DH
  12. 12العضو FC
  13. 13العضو HC
5.قوة القص وعزم الانحناءمتوسطة
15 kN20 kNABCDEFG1 m1 m1 m1 m1 m1 m

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.

15 kN @ 3 m20 kN @ 1 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 1 m)
  3. 3C (x = 2 m)
  4. 4D (x = 3 m)
  5. 5E (x = 4 m)
  6. 6F (x = 5 m)
  7. 7G (x = 6 m)
6.قوة القص وعزم الانحناءصعبة
w = 2 kN/mP = 35 kNAB1,5 m3,5 m

الكمرة البسيطة الارتكاز تحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على البحر كله وحملًا مركّزًا P. أوجد أقصى عزم انحناء Mmax في الكمرة.

L = 5 mP = 35 kN عند 1,5 mw = 2 kN/m من 0 إلى 5 m
Mmax = kN·m
7.ترخيم الكمرةمتوسطة
w = 2 kN/mδL = 4 m

كمرة بسيطة الارتكاز تحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على البحر كله. أوجد أقصى ترخيم δmax عند منتصف البحر.

w = 2 kN/mL = 4 mE = 11 GPa (خشب إنشائي)I = 8,5 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.ترخيم الكمرةصعبة
w = 2 kN/mδL = 8 m

كمرة بسيطة الارتكاز تحمل حملًا موزّعًا بانتظام w. لا يجوز أن يتجاوز ترخيمها البحر/360. أوجد أصغر عزم قصور ذاتي Ireq يحقّق هذا الحد.

w = 2 kN/mL = 8 mE = 11 GPa (خشب إنشائي)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدةمتوسطة
PL = 2,5 md = 30 mmالمقطع العرضي

عمود طوله L من الألومنيوم مفصلي الطرفين. باستخدام صيغة أويلر أوجد حمل الانبعاج الحرج Pcr.

L = 2,5 mE = 70 GPa (الألومنيوم)d = 30 mm
Pcr = kN
10.انبعاج الأعمدةصعبة
P = 50 kNL = 1,5 md = ?المقطع العرضي

عمود دائري مصمت طوله L من الألومنيوم مفصلي الطرفين. يجب أن يحمل 50 kN بمعامل أمان 2,5 ضد الانبعاج. أوجد أصغر قطر d.

P = 50 kNn = 2,5L = 1,5 mE = 70 GPa (الألومنيوم)
d = mm
11.المركز وعزم القصور الذاتيمتوسطة
160160t = 10ȳ = ?الأبعاد بالـ mm

مقطع مجرى موضوع وجانبه المفتوح إلى الأعلى: لوح قاعدة عرضه 160 mm مع ساقين قائمتين، ارتفاعه الكلي 160 mm. سُمك القاعدة والساقين كلها 10 mm. أوجد ارتفاع المركز ȳ فوق الحافة السفلية.

b = 160 mmh = 160 mmt = 10 mm
ȳ = mm
12.المركز وعزم القصور الذاتيصعبة
1601520016xM = 25 kN·mالأبعاد بالـ mm

يُستخدم مقطع T ككمرة والشفة في الأعلى، ويحمل عزم انحناء موجبًا مقداره 25 kN·m. أوجد مقدار إجهاد الانحناء σالأعلى عند الحافة العلوية.

bf = 160 mmtf = 15 mmtw = 16 mmhw = 200 mmM = 25 kN·m
σالأعلى = MPa
13.الإجهاد الفعّال في التربةمتوسطة
رملγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 19,5 kN/m³14 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 10 m

لمقطع التربة الموضّح، أوجد ضغط الماء المسامي u عند النقطة X.

z = 10 mzw = 2 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 16 kN/m³رمل: γsat = 19,5 kN/m³
u = kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربةصعبة
رملγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³3 mطينγsat​ = 18,5 kN/m³5 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 5,5 m

لمقطع التربة الموضّح، أوجد الإجهاد الرأسي الفعّال σ′ عند النقطة X.

z = 5,5 mzw = 2 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 17 kN/m³رمل: γsat = 18,5 kN/m³طين: γsat = 18,5 kN/m³
σ′ = kPa
15.هبوط التصلّبمتوسطة
Δσ = 80 kPaرملطينCc​ = 0,45, Cr​ = 0,04e0​ = 1,05σ′0​ = 100 kPaOCR = 34 mمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين مفرطة التصلّب سُمكها 4 m لها Cc = 0,45، و Cr = 0,04 و e₀ = 1,05. في منتصف عمقها يكون الإجهاد الرأسي الفعّال 100 kPa ونسبة فرط التصلّب OCR = 3. يضيف مبنى جديد 80 kPa من الإجهاد الرأسي في منتصف العمق. أوجد هبوط التصلّب الابتدائي S بالـ mm.

H = 4 mCc = 0,45Cr = 0,04e0 = 1,05σ′0 = 100 kPaOCR = 3Δσ = 80 kPa
S = mm
16.هبوط التصلّبصعبة
رملطينH = 5,5 mcv​ = 2,5 m²/السنة5,5 mرملمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين سُمكها 5,5 m معامل تصلّبها cv = 2,5 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%؟

H = 5,5 mcv = 2,5 m²/السنةU = 60%Tv = 0,287تصريف مزدوج
t = سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكيةمتوسطة
بوابةd = 2 mH = 2 m

بوابة مستطيلة رأسية عرضها 1 m في جدار خزان يحتوي ماء، وحافتها العليا على عمق 2 m تحت السطح. أوجد القوة الهيدروستاتيكية المحصّلة F على البوابة.

d = 2 mH = 2 mb = 1 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.القوة الهيدروستاتيكيةصعبة
بوابةd = 3 mH = 2 m

بوابة مستطيلة رأسية عرضها 3 m في جدار خزان يحتوي زيت، وحافتها العليا على عمق 3 m تحت السطح. أوجد عمق ycp مركز الضغط تحت السطح.

d = 3 mH = 2 mb = 3 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتمتوسطة
V = 2,4 m/sD = 300 mmL = 100 mf = 0,025

يجري ماء بسرعة متوسطة 2,4 m/s في أنبوب طوله 100 m وقطره الداخلي 300 mm. استخدم معامل احتكاك دارسي f = 0,025 و g = 9,81 m/s². أوجد فاقد السمت بالاحتكاك hf.

V = 2,4 m/sL = 100 mD = 300 mmf = 0,025g = 9,81 m/s²
hf = m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتصعبة
K = 5Δz = 17 mL = 400 m, D = 300 mm, f = 0,0222× كوع (K = 0,3)

خزانان مفتوحان يصل بينهما أنبوب طوله 400 m وقطره الداخلي 300 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,022. سطح الماء في الخزان العلوي أعلى بـ 17 m من سطح الخزان السفلي. الفواقد الثانوية هي: مدخل حاد الحافة (K = 0,5)، و 2 أكواع (K = 0,3 لكل منها)، وصمام (K = 5) والمخرج إلى الخزان السفلي (K = 1,0). استخدم g = 9,81 m/s². أوجد معدل التدفق Q بالـ L/s.

Δz = 17 mL = 400 mD = 300 mmf = 0,022Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 5Kexit = 1,0
Q = L/s
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)متوسطة
b = 6 my = 1,4 m1,5 : 1n = 0,03, S = 0,0015

قناة شبه منحرفة تربة مبطّنة بالعشب عرض قاعها 6 m وميولها الجانبية 1,5:1 (أفقي:رأسي). يجري الماء جريانًا منتظمًا بعمق 1,4 m. معامل مانينغ n = 0,03 وميل القاع S = 0,0015. أوجد معدل التدفق Q بالـ m³/s.

b = 6 my = 1,4 mz = 1,5n = 0,03S = 0,0015
Q = m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)صعبة
D = 250 mmn = 0,013, V = 1,2 m/s

مجرى صرف خرساني قطره الداخلي 250 mm (معامل مانينغ n = 0,013) يجب أن يبلغ سرعة التنظيف الذاتي 1,2 m/s عندما يجري ممتلئًا. أوجد أدنى ميل S (بالـ m/m).

D = 250 mmn = 0,013V = 1,2 m/s
S = m/m
23.المضخات وقدرة المضخاتمتوسطة
PQ = 60 L/sH = 34 m

مضخة كفاءتها 78% تدفع 60 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) ضد سمت 34 m. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد قدرة العمود Pshaft اللازمة، بالـ kW.

Q = 60 L/sH = 34 mη = 78%g = 9,81 m/s²
Pshaft = kW
24.المضخات وقدرة المضخاتصعبة
250 kPa (مقيس)PQ = 120 L/sΔz = 12 mL = 100 m, D = 250 mm, f = 0,018, ΣK = 6

مضخة تنقل 120 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) من خزان سفلي مفتوح إلى خزان علوي سطح مائه أعلى بـ 12 m. طول الأنبوب 100 m وقطره الداخلي 250 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,018؛ ومجموع معاملات الفواقد الثانوية ΣK = 6 (بما فيها المدخل والمخرج). استخدم g = 9,81 m/s². الخزان العلوي مغلق والهواء فوق مائه عند ضغط مقيس 250 kPa. أوجد السمت H الذي يجب أن تضيفه المضخة.

Q = 120 L/sΔz = 12 mL = 100 mD = 250 mmf = 0,018ΣK = 6ptank = 250 kPa
H = m
25.القيمة الزمنية للنقودمتوسطة
سنوات01234PV = ?€500€500€500€500

تدفع سلسلة دفعات €500 في نهاية كل سنة لمدة 4 سنوات. معدّل الفائدة 6% سنويًا. أوجد القيمة الحالية PV لسلسلة الدفعات.

A = €500i = 6%n = 4
PV = €
26.القيمة الزمنية للنقودصعبة
أشهر0123…84€150€150€150FV = ?

تدّخر €150 في نهاية كل شهر لمدة 7 سنوات. يدفع الحساب 4,8% سنويًا تُركَّب شهريًا. كم ستدّخر في النهاية؟ أوجد FV.

A = €1504,8% / 12N = 84
FV = €
27.NPV و IRRمتوسطة
سنوات012345−30 0008 0008 0008 0008 00015 500

تبلغ تكلفة آلة €30 000 اليوم. تولّد €8 000 في نهاية كل سنة لمدة 5 سنوات ويمكن بيعها بعدها بـ €7 500. تكلفة رأس المال 12%. أوجد صافي القيمة الحالية NPV.

C0 = €30 000CF = €8 000S = €7 500n = 5r = 12%
NPV = €
28.NPV و IRRصعبة
سنوات0123…8−80 00015 00015 00015 00015 000

استثمار قدره €80 000 يعود بـ €15 000 في نهاية كل سنة لمدة 8 سنوات. أوجد معدّل العائد الداخلي IRR بالنسبة المئوية.

C0 = €80 000CF = €15 000n = 8
IRR = %
29.التوزيع الطبيعيمتوسطة
200 mm200,4 mmX + Y?

X طبيعي بمتوسط 120 mm وانحراف معياري 0,3 mm؛ وY مستقل وطبيعي بمتوسط 80 mm وانحراف معياري 0,4 mm. أوجد الاحتمال P بأن يزيد X + Y على 200,4 mm. قرّب z إلى منزلتين عشريتين.

μX = 120, σX = 0,3μY = 80, σY = 0,4X + Y > 200,4 mm
P =
30.التوزيع الطبيعيصعبة
35455565758595درجةالأعلى 85%

تتوزع درجات الامتحان توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 65 درجة وانحراف معياري 10 درجة. اسحب حد القطع بحيث تقع المساحة المظللة للأعلى 85% على يمينه. أوجد حد القطع x.

μ = 65 درجةσ = 10 درجة85%
x = درجة

3المحاليل

1.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: RB = 47 kN

الاتزان الاستاتيكي: الجسم الساكن يحقّق ΣFx = 0 و ΣFy = 0 و ΣM = 0 حول أي نقطة. أخذ العزوم حول ركيزة يحذف ردّ فعلها من المعادلة.

P1​ = 35 kNP2​ = 50 kNABRA​RB​2 m6 m2 m

مخطط الجسم الحر

استبدل الركائز بقوى ردّ الفعل. البكرة تعطي ردّ فعل رأسيًا واحدًا؛ ومع الأحمال الرأسية فقط يعطي المسمار أيضًا ردّ فعل رأسيًا واحدًا.

الاتزان

العزوم حول A، موجبة عكس عقارب الساعة. ثم اتزان القوى الرأسية.

ΣMA = 0: RB·10 = 35·2 + 50·8
RB = 470/10 = 47 kN
ΣFy = 0: RA = 85 − 47 = 38 kN

الإجابة

RB = 47 kN
2.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: MA = 80 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 المثلثي

W = ½·6·5 = 15 kN
x̄ = 2L/3 = 3,333 m

العزم حول الجدار

MA = W·x̄ + P·a = 15·3,333 + 10·3 = 80 kN·m

الإجابة

MA = 80 kN·m
3.الجملون: طريقة العقد

الإجابة: FAB = −37,27 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.

ABBCACACB50 kNAy​Cy​

ردود أفعال الركائز

اتزان الجملون كله. العزوم حول A، موجبة عكس عقارب الساعة.

ΣMA = 0: Cy·6 = 50·4 → Cy = 33,33 kN
ΣFy = 0: Ay = 50 − 33,33 = 16,67 kN

العقدة A

افترض أن كل عضو في حالة شدّ (يسحب بعيدًا عن العقدة). فقط AB له مركّبة رأسية عند A.

sin α = 2/4,472 = 0,4472
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −16,67/0,4472 = −37,27 kN

الإجابة

FAB = −37,27 kN (ضغط)
4.الجملون: طريقة العقد

الإجابة: العضو BF

أعضاء القوة الصفرية: عند عقدة يجب أن تتزن القوى في كل اتجاه. إذا لم يكن على العقدة حمل ولا مسند، وكان عضوان من أعضائها الثلاثة على استقامة واحدة، فإن الاتزان في الاتجاه المتعامد مع ذلك الخط لا يشمل إلا العضو الثالث، فتكون قوته صفرًا. وإذا التقى عضوان فقط عند عقدة غير محملة ولم يكونا على استقامة واحدة فكلاهما صفر.

العقدة B

يقع AB وBC على خط مستقيم واحد ولا تحمل العقدة حملًا. اتزان القوى عبر ذلك الخط لا يُبقي إلا BF.

ΣF⊥ = 0 → FBF = 0

تحقق بطريقة العقد

حل كل العقد يعطي قوى الأعضاء هذه (T = شد، C = ضغط).

AB: 16,25 kN (T), BC: 16,25 kN (T), CD: 33,75 kN (T), DE: 33,75 kN (T), FG: 72,5 kN (C), GH: 72,5 kN (C), AF: 65,41 kN (C), HE: 47,73 kN (C), BF: 0, CG: 25 kN (C), DH: 25 kN (T), FC: 37,12 kN (T), HC: 12,37 kN (T)

الإجابة

عضو القوة الصفرية: BF
5.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: D (x = 3 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 = 24,17 kN, R2 = 10,83 kN

عزم الانحناء عند كل علامة

اجمع عزوم كل القوى على جانب واحد من القطع. التقعيري موجب والتحدبي سالب.

MA = 0, MB = 24,17, MC = 28,33, MD = 32,5 kN·m, ME = 21,67, MF = 10,83, MG = 0

الإجابة

علامة D: MD = 32,5 kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: Mmax = 42 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. أقصى عزم: بما أن dM/dx = V، يبلغ عزم الانحناء ذروته حيث تمرّ قوة القص بالصفر، إمّا عند حمل مركّز أو داخل حمل موزّع.

ردود أفعال الركائز

اتزان الكمرة كلها.

محصّلة الحمل الموزّع: W = w·ℓ = 2·5 = 10 kN، تؤثّر عند x̄ = 2,5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 35·1,5 + 2·5·2,5
RB = 77,5/5 = 15,5 kN
ΣFy = 0: RA = 45 − 15,5 = 29,5 kN

أين يكون V = 0؟

V(1,5⁻) = RA − w·1,5 = 26,5 kN
V(1,5⁺) = 26,5 − 35 = −8,5 kN
يتغيّر القص في إشارته عند الحمل، لذا يقع الحد الأقصى تحت الحمل.

أقصى عزم

Mmax = RA·1,5 − w·1,5²/2 = 29,5·1,5 − 2·1,5²/2 = 42 kN·m

الإجابة

Mmax = 42 kN·m

يقع عند x = 1,5 m من A.

7.ترخيم الكمرة

الإجابة: δmax = 71,3 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.

w = 2 N/mm, L = 4000 mm
EI = 9,35 × 10¹⁰ N·mm²

الترخيم

δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·2·4000⁴/(384·9,35 × 10¹⁰) = 71,3 mm

الإجابة

δmax = 71,3 mm
8.ترخيم الكمرة

الإجابة: Ireq = 436,4 × 10⁶ mm⁴

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).

حدّ الترخيم

δallow = L/360 = 8000/360 = 22,22 mm

عزم القصور الذاتي المطلوب

I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·2·8000⁴/(384·11000·22,22) = 4,364 × 10⁸ mm⁴
Ireq = 436,4 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ireq = 436,4 × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدة

الإجابة: Pcr = 4,395 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.

أصغر عزم قصور ذاتي

للمقطع الدائري I نفسه حول أي محور.

I = πd⁴/64 = π·30⁴/64 = 39761 mm⁴

الطول الفعّال

KL = 1·2500 = 2500 mm

الحمل الحرج

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·39761/2500² = 4395 N = 4,395 kN

الإجابة

Pcr = 4,395 kN
10.انبعاج الأعمدة

الإجابة: d = 53,66 mm

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 = 2,5·50000 = 125000 N
KL = 1·1500 = 1500 mm

حلّ لإيجاد القطر

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·125000·1500²/(π³·70000))^(1/4) = 53,66 mm

الإجابة

d = 53,66 mm

تحقّق: النحافة KL/r تساوي 111,8، لذا العمود نحيف وتنطبق صيغة أويلر.

11.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: ȳ = 57,17 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.

القاعدة: A1 = 160·10 = 1600 mm², y1 = 5 mm
الساقان: A2 = 2·10·150 = 3000 mm², y2 = 10 + 150/2 = 85 mm

المركز

ȳ = (1600·5 + 3000·85)/4600 = 57,17 mm

الإجابة

ȳ = 57,17 mm
12.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: σالأعلى = 64,88 MPa

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 = 160·15 = 2400 mm², yf = 200 + 15/2 = 207,5 mm
الجذع: Aw = 16·200 = 3200 mm², yw = 200/2 = 100 mm

المركز

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2400·207,5 + 3200·100)/5600 = 146,1 mm

نظرية المحور الموازي

الشفة: 160·15³/12 + 2400·(207,5 − 146,1)² = 9,101 × 10⁶ mm⁴
الجذع: 16·200³/12 + 3200·(100 − 146,1)² = 1,746 × 10⁷ mm⁴
Ix = 9,101 × 10⁶ + 1,746 × 10⁷ = 2,656 × 10⁷ mm⁴

إجهاد الانحناء

تبعد الحافة العلوية h − ȳ عن المحور.

y = 215 − 146,1 = 68,93 mm
σ = M·y/I = 2,5 × 10⁷·68,93/2,656 × 10⁷ = 64,88 MPa

الإجابة

σالأعلى = 64,88 MPa
13.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: u = 78,48 kPa

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).

ضغط الماء المسامي

يزداد ضغط الماء مع العمق أسفل منسوب المياه.

u = γw·(z − zw) = 9,81·8 = 78,48 kPa

الإجابة

u = 78,48 kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ′ = 64,41 kPa

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·2,5
σ = 17·2 + 18,5·1 + 18,5·2,5 = 98,75 kPa

ضغط الماء المسامي

يزداد ضغط الماء مع العمق أسفل منسوب المياه.

u = γw·(z − zw) = 9,81·3,5 = 34,34 kPa

الإجهاد الفعّال

σ′ = σ − u = 98,75 − 34,34 = 64,41 kPa

الإجابة

σ′ = 64,41 kPa
15.هبوط التصلّب

الإجابة: S = 19,92 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 = 3·100 = 300 kPa

قارن بضغط التصلّب المسبق

σ′f = 100 + 80 = 180 kPa ≤ 300 kPa

الهبوط

يبقى الطين على خط إعادة الضغط.

S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,04·4/(1 + 1,05)·log₁₀(180/100) = 19,92 mm

الإجابة

S = 19,92 mm
16.هبوط التصلّب

الإجابة: t = 0,8682 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 = 5,5/2 = 2,75 m

الزمن

t = Tv·Hdr²/cv = 0,287·2,75²/2,5 = 0,8682 سنوات

الإجابة

t = 0,8682 سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: F = 58,86 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 + 2/2 = 3 m
A = H·b = 2·1 = 2 m²
بوابةd = 2 mH = 2 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·2 = 58,86 kN

الإجابة

F = 58,86 kN
18.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: ycp = 4,083 m

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 = 3 + 2/2 = 4 m
A = H·b = 2·3 = 6 m²
بوابةd = 3 mH = 2 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·4·6 = 207,2 kN

مركز الضغط

يزداد الضغط مع العمق، لذا تؤثّر المحصّلة أسفل المركز.

Ic = b·H³/12 = 3·2³/12 = 2 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 4 + 2/(4·6) = 4,083 m

الإجابة

ycp = 4,083 m
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: hf = 2,446 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.

سمت السرعة

V²/(2g) = 2,4²/(2·9,81) = 0,2936 m

دارسي–فايسباخ

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,025·(100/0,3)·2,4²/(2·9,81) = 2,446 m

الإجابة

hf = 2,446 m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: Q = 213,9 L/s

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.

معاملات الفاقد

f·L/D = 0,022·400/0,3 = 29,33
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 5 + 1,0 = 7,1

معادلة الطاقة

السطحان مفتوحان للهواء وساكنان عمليًا، لذا تُفقد Δz كلها في الأنبوب.

17 = (29,33 + 7,1)·V²/(2·9,81)
V = √(2·9,81·17/36,43) = 3,026 m/s

معدّل التدفّق

Q = V·π·D²/4 = 3,026·0,07069 = 0,2139 m³/s = 213,9 L/s

الإجابة

Q = 213,9 L/s
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: Q = 14,9 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 = (6 + 1,5·1,4)·1,4 = 11,34 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 6 + 2·1,4·√(1 + 1,5²) = 11,05 m
R = A/P = 1,026 m

السرعة المتجهة

V = (1/0,03)·1,0262/3·0,00151/2 = 1,314 m/s

معدّل التدفّق

Q = A·V = 11,34·1,314 = 14,9 m³/s

الإجابة

Q = 14,9 m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: S = 0,009812 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.

نصف القطر الهيدروليكي

R = D/4 = 0,25/4 = 0,0625 m

حلّ معادلة مانينغ لإيجاد S

S = (n·V/R2/3)² = (0,013·1,2/0,1575)² = 0,009812

الإجابة

S = 0,009812

هذا انخفاض قدره 9,812 m لكل كيلومتر.

23.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: Pshaft = 25,66 kW

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 = 1000·9,81·0,06·34 = 20,01 kW

قدرة العمود

Pshaft = Ph/η = 20,01/0,78 = 25,66 kW

الإجابة

Pshaft = 25,66 kW
24.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: H = 41,5 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.

السرعة المتجهة

V = Q/A = 0,12/0,04909 = 2,445 m/s
V²/(2g) = 0,3046 m

فواقد السمت

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (7,2 + 6)·0,3046 = 4,021 m

سمت الضغط

p/(ρ·g) = 250000/(1000·9,81) = 25,48 m

سمت المضخة

السطحان ساكنان عمليًا، لذا لا يوجد حدّ لسمت السرعة.

H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 12 + 25,48 + 4,021 = 41,5 m

الإجابة

H = 41,5 m
25.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: PV = 1733 €

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.

معامل سلسلة الدفعات

(1 − (1 + i)−n)/i = (1 − 0,7921)/0,06 = 3,465

القيمة الحالية

PV = 500·3,465 = €1 732,55

الإجابة

PV = €1 732,55
26.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: FV = 14940 €

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 الإيداعات

i = 0,048/12 = 0,004
N = 12·7 = 84

القيمة المستقبلية للإيداعات

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 150·(1,398 − 1)/0,004 = €14 940,06

الإجابة

FV = €14 940,06

دفعتَ بنفسك €12 600؛ والباقي فائدة.

27.NPV و IRR

الإجابة: NPV = 3094 €

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 للتدفقات النقدية السنوية

8 000·3,605 = 28 838,21

القيمة الحالية لقيمة الخردة

7 500/1,762 = 4 255,70

NPV

NPV = −30 000 + 28 838,21 + 4 255,70 = €3 093,91

الإجابة

NPV = €3 093,91
28.NPV و IRR

الإجابة: IRR = 10,01 %

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.

معامل سلسلة الدفعات المطلوب

(1 − (1 + i)−8)/i = 80 000/15 000 = 5,333

حلّ لإيجاد المعدّل

ينخفض معامل سلسلة الدفعات مع ارتفاع المعدّل؛ احصر المعدّل بين قيمتين وضيّق المجال.

i = 10%: 5,335
i = 11%: 5,146
IRR = 10,01%

الإجابة

IRR = 10,01%
29.التوزيع الطبيعي

الإجابة: P = 0,2119

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 = 200 mm, σ = √(0,3² + 0,4²) = 0,5 mm

حوّل إلى الصيغة المعيارية

z = (200,4 − 200)/0,5 = 0,8

الذيل العلوي

P = 1 − Φ(0,8) = 1 − 0,7881 = 0,2119

الإجابة

P = 0,2119
30.التوزيع الطبيعي

الإجابة: x = 54,6 درجة

من مساحة إلى z: Φ(z) هي المساحة على يسار z. لمساحة ذيل أيسر A، أوجد z التي تحقق Φ(z) = A في الجدول. ومساحة ذيل أيمن A تعني Φ(z) = 1 − A. ومساحة مركزية A بين −z وz تترك (1 − A)/2 في كل ذيل، إذن Φ(z) = (1 + A)/2. ولقيمة x استخدم x = μ + zσ.

المساحة على اليسار

Φ(z) = 0,15

z من الجدول

z ≈ −1,04

العودة إلى الوحدات الأصلية

x = 65 − 1,04·10 = 54,6 درجة

الإجابة

x = 54,6 درجة

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-civil