FE Civil परीक्षा अभ्यास: क्रैम पैक

सूत्र-पत्रक, हर विषय के मुख्य विधि-चरण और 30 अभ्यास प्रश्न, पूरे हल पीछे दिए गए हैं।

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1सूत्र और विधियाँ

बीम आलंब प्रतिक्रियाएँ

संतुलन
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
एकसमान भार
परिणामी w·L भार के मध्य में
आघूर्ण
M = F·d

विधि

  1. मुक्त-पिंड आरेख बनाएँ और हर आलंब को उसकी प्रतिक्रियाओं से बदलें।
  2. हर वितरित भार को उसके केंद्रक पर एक अकेले बल से बदलें।
  3. एक आलंब के परितः आघूर्ण लेकर दूसरे की प्रतिक्रिया ज्ञात करें।
  4. शेष प्रतिक्रिया ज्ञात करने के लिए ΣFy = 0 का उपयोग करें, और दूसरे आघूर्ण समीकरण से जाँचें।

ट्रस: जोड़ विधि

संधि विधि
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
खंड विधि
ΣM = 0 about a cut point
अवयव बल
धनात्मक = तनाव, ऋणात्मक = संपीडन

विधि

  1. पूरे ट्रस की आलंब प्रतिक्रियाएँ ज्ञात करें।
  2. संधि विधि: ऐसी संधि से शुरू करें जिस पर अधिकतम दो अज्ञात सदस्य बल हों, और ΣFx = 0 तथा ΣFy = 0 का उपयोग करें।
  3. खंड विधि: आवश्यक सदस्य से होकर काटें और उस बिंदु के परितः आघूर्ण लें जहाँ अन्य अज्ञात सदस्य मिलते हैं।
  4. तनाव मानें; ऋणात्मक उत्तर का अर्थ है संपीडन।

अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण

अपरूपण बल और आघूर्ण
V = एक ओर का ΣF, M = एक ओर का ΣF·d
बंकन प्रतिबल
σ = M·y/I
आयत
I = bh³/12
खंड मापांक
W = I/ymax
सरल आधारित, एकसमान भार
Mmax = wL²/8

विधि

  1. पूरे बीम के संतुलन से आलंब प्रतिक्रियाएँ ज्ञात करें।
  2. बीम को आवश्यक खंड पर काटें और एक भाग रखें।
  3. अपरूपण बल: उस भाग पर ऊर्ध्वाधर बलों का योग। बंकन आघूर्ण: कट के परितः उनके आघूर्णों का योग।
  4. अधिकतम आघूर्ण के लिए वह स्थान ज्ञात करें जहाँ अपरूपण बल शून्य है।

बीम विक्षेप

मध्य-विस्तार पर बिंदु भार
δ = PL³/(48EI)
एकसमान भार, सरल आधारित
δ = 5wL⁴/(384EI)
कैंटिलीवर, सिरे पर भार
δ = PL³/(3EI)
कैंटिलीवर, एकसमान भार
δ = wL⁴/(8EI)
अध्यारोपण
δ = δ1 + δ2

स्तंभ बकलिंग

ऑयलर भार
Pcr = π²EI/(KL)²
प्रभावी लंबाई गुणांक
K = 1 पिन–पिन, 0.5 स्थिर–स्थिर, 0.7 स्थिर–पिन, 2 स्थिर–मुक्त
क्रांतिक प्रतिबल
σcr = Pcr/A
पतलापन अनुपात
λ = KL/r, r = √(I/A)

केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण

केंद्रक
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
आयत
I = bh³/12
समांतर अक्ष प्रमेय
I = Ic + A·d²
संयुक्त खंड
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

मृदा में प्रभावी प्रतिबल

कुल प्रतिबल
σ = Σγi·hi
छिद्र जल दाब
u = γw·(z − zw)
प्रभावी प्रतिबल
σ′ = σ − u
पानी
γw = 9.81 kN/m³

समेकन निषदन

सामान्य रूप से समेकित
S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
अंतिम प्रतिबल
σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
अति-समेकित, σ′f ≤ σ′p
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
अति-समेकित, σ′f > σ′p
S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
अति-समेकन अनुपात
OCR = σ′p/σ′0
समेकन का समय
t = Tv·Hdr²/cv
जलनिकास पथ
Hdr = H/2 (द्वि-जलनिकास), H (एकल जलनिकास)
समय गुणांक
U 50% → 0.197, 60% → 0.287, 70% → 0.403, 80% → 0.567, 90% → 0.848

द्रवस्थैतिक बल

गहराई पर दाब
p = ρgh
ऊर्ध्वाधर दीवार पर बल
F = ρg·hc·A
दाब केंद्र
yp = yc + Ic/(ycA)
आयत
Ic = bH³/12

पाइप घर्षण और शीर्ष हानि

रेनॉल्ड्स संख्या
Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
प्रवाह व्यवस्था
Re ≈ 2000 से नीचे स्तरीय, Re ≈ 4000 से ऊपर विक्षुब्ध
औसत वेग
V = Q/A, A = π·D²/4
डार्सी–वाइसबाख
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
लघु हानियाँ
hm = ΣK·V²/(2g)
K के सामान्य मान
प्रवेश 0.5, निकास 1.0, 90° मोड़ ≈ 0.3
दाब पात
Δp = ρ·g·hf
दो खुले जलाशय
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
मुक्त निकास
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)

मैनिंग समीकरण
V = (1/n)·R2/3·S1/2
प्रवाह दर
Q = A·V
द्रवीय त्रिज्या
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
आयत
A = b·y, P = b + 2y
समलंब (पार्श्व ढाल z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
वृत्ताकार पाइप, पूरा या आधा भरा
R = D/4
आवश्यक ढाल
S = (n·Q/(A·R2/3))²

पंप और पंप शक्ति

द्रवीय शक्ति
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
शाफ़्ट शक्ति
Pshaft = Ph/ηpump
विद्युत शक्ति
Pel = Pshaft/ηmotor
पंप शीर्ष
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
तंत्र हानियाँ
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

मुद्रा का समय मूल्य

भविष्य मूल्य
FV = PV·(1 + i)n
वर्तमान मूल्य
PV = FV/(1 + i)n
प्रति वर्ष कई अवधियाँ
i = r/m, N = m·n
वार्षिकी, वर्तमान मूल्य
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
वार्षिकी, भविष्य मूल्य
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

विधि

  1. हर नकदी प्रवाह और उसके समय के साथ एक समय-रेखा बनाएँ।
  2. दर को अवधि से मिलाएँ: मासिक भुगतानों के लिए मासिक दर।
  3. एकल राशियों के लिए FV = PV·(1 + i)ⁿ और समान भुगतानों के लिए वार्षिकी सूत्रों का उपयोग करें।
  4. उत्तर का चिह्न और परिमाण की कोटि जाँचें।

NPV और IRR

शुद्ध वर्तमान मूल्य
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
समान नकदी प्रवाह
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
आंतरिक प्रतिफल दर
वह r जिस पर NPV = 0
निर्णय
NPV > 0 (या IRR > आवश्यक प्रतिफल) होने पर स्वीकार करें

विधि

  1. सभी नकदी प्रवाहों को उनके वर्ष के साथ सूचीबद्ध करें; वर्ष 0 का निवेश ऋणात्मक है।
  2. हर नकदी प्रवाह को बट्टाकृत करें: CFt/(1 + r)t।
  3. NPV पाने के लिए उन्हें जोड़ें। धनात्मक का अर्थ है कि परियोजना r से अधिक कमाती है।
  4. IRR के लिए वह दर ज्ञात करें जो NPV को शून्य बनाती है, प्रयास या अंतर्वेशन द्वारा।

प्रसामान्य बंटन

z-स्कोर
z = (x − μ)/σ
x से कम
P(X < x) = Φ(z)
x से अधिक
P(X > x) = 1 − Φ(z)
बीच में
Φ(z2) − Φ(z1)
शततमक
x = μ + z·σ

विधि

  1. मान को z-स्कोर में बदलें: z = (x − μ)/σ।
  2. Φ(z) देखें, जो z के बाईं ओर का क्षेत्रफल है।
  3. दाईं ओर के क्षेत्रफल के लिए 1 − Φ(z) लें; किसी अंतराल के लिए दोनों बाएँ क्षेत्रफल घटाएँ।
  4. शतमक के लिए उलटा चलें: क्षेत्रफल के लिए z ज्ञात करें, फिर x = μ + z·σ।

2अभ्यास प्रश्न

1.बीम आलंब प्रतिक्रियाएँमध्यम
P = 25 kNM = 40 kN·mABRA​ = ?5 m4 m1 m

सरल आलंबित बीम में A पर पिन और B पर रोलर है। यह A से 5 m पर बिंदु भार P और A से 9 m पर एक दक्षिणावर्त बलयुग्म M वहन करता है। ऊपर की ओर को धनात्मक लेते हुए ऊर्ध्वाधर प्रतिक्रिया RA ज्ञात कीजिए।

L = 10 mP = 25 kN पर 5 mM = 40 kN·m (दक्षिणावर्त) पर 9 m
RA = kN
2.बीम आलंब प्रतिक्रियाएँकठिन
w = 4 kN/mP = 50 kNABRA​ = ?RB​2 m1 m4 m1 m

सरल आलंबित बीम में A पर पिन और B पर रोलर है। ऊर्ध्वाधर आलंब प्रतिक्रिया RA ज्ञात कीजिए।

L = 8 mP = 50 kN पर 2 mw = 4 kN/m, 3 से 7 m तक
RA = kN
3.ट्रस: जोड़ विधिमध्यम
ABBCACACB15 kN4 m1 m4 m

जोड़ विधि से अवयव AB में बल FAB ज्ञात कीजिए। तनाव को धनात्मक और संपीडन को ऋणात्मक दें।

विस्तार = 4 mऊँचाई = 4 mB, A से 1 m पर हैऊर्ध्वाधर भार = 15 kN
FAB = kN
4.ट्रस: जोड़ विधिकठिन
ABBCACACB20 kN30 kN5 m2 m2 m

जोड़ विधि से अवयव BC में बल FBC ज्ञात कीजिए। तनाव को धनात्मक और संपीडन को ऋणात्मक दें।

विस्तार = 5 mऊँचाई = 2 mB, A से 2 m पर हैऊर्ध्वाधर भार = 20 kNक्षैतिज भार = 30 kN →
FBC = kN
5.अपरूपण बल और बंकन आघूर्णमध्यम
P1​ = 55 kNP2​ = 70 kNAB5 m3 m2 m

सरल आलंबित बीम दो बिंदु भार वहन करता है। बीम में अधिकतम बंकन आघूर्ण Mmax ज्ञात कीजिए।

L = 10 mP1 = 55 kN पर 5 mP2 = 70 kN पर 8 m
Mmax = kN·m
6.अपरूपण बल और बंकन आघूर्णकठिन
w = 8 kN/mAB7 m1 m

सरल आलंबित बीम अपने विस्तार के एक भाग पर समान वितरित भार वहन करता है। बीम में अधिकतम बंकन आघूर्ण Mmax ज्ञात कीजिए।

L = 8 mw = 8 kN/m, 0 से 7 m तक
Mmax = kN·m
7.बीम विक्षेपमध्यम
w = 2 kN/mP = 16 kNABδ3 m

एक कैंटिलीवर अपनी पूरी लंबाई पर समान वितरित भार w और अपने मुक्त सिरे पर बिंदु भार P वहन करता है। अध्यारोपण का उपयोग करके मुक्त सिरे पर विक्षेप δ ज्ञात कीजिए।

P = 16 kNw = 2 kN/mL = 3 mE = 200 GPa (स्टील)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δ = mm
8.बीम विक्षेपकठिन
w = 2 kN/mδL = 2 m

एक सरल आलंबित बीम समान वितरित भार w वहन करता है। उसका विक्षेप विस्तार/360 से अधिक नहीं हो सकता। यह सीमा पूरी करने वाला न्यूनतम जड़त्व आघूर्ण Ireq ज्ञात कीजिए।

w = 2 kN/mL = 2 mE = 11 GPa (इमारती लकड़ी)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.स्तंभ बकलिंगमध्यम
PL = 2.5 m25 × 80 mmअनुप्रस्थ काट

स्टील से बना L लंबाई का एक स्तंभ दोनों सिरों पर जड़ित है। ऑयलर सूत्र से उसका क्रांतिक बकलिंग भार Pcr ज्ञात कीजिए।

L = 2.5 mE = 200 GPa (स्टील)b × h = 25 × 80 mm
Pcr = kN
10.स्तंभ बकलिंगकठिन
P = 50 kNL = 2 md = ?अनुप्रस्थ काट

स्टील से बना L लंबाई का एक ठोस गोल स्तंभ दोनों सिरों पर पिन किया हुआ है। इसे बकलिंग के विरुद्ध 2 के सुरक्षा गुणक के साथ 50 kN वहन करना है। न्यूनतम व्यास d ज्ञात कीजिए।

P = 50 kNn = 2L = 2 mE = 200 GPa (स्टील)
d = mm
11.केंद्रक और जड़त्व आघूर्णमध्यम
2601026018xआयाम mm में

T-खंड का उसके केंद्रक से होकर क्षैतिज अक्ष x के परितः जड़त्व आघूर्ण Ix ज्ञात कीजिए।

bf = 260 mmtf = 10 mmtw = 18 mmhw = 260 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.केंद्रक और जड़त्व आघूर्णकठिन
130280221501416xआयाम mm में

एक वेल्डित I-खंड का ऊपरी फ़्लेंज 130 × 22 mm, वेब 150 mm ऊँचा और 16 mm मोटा, और निचला फ़्लेंज 280 × 14 mm (चौड़ाई × मोटाई) है। उसके केंद्रक से होकर जाने वाली क्षैतिज अक्ष x के परितः उसका क्षेत्रफल का द्वितीय आघूर्ण Ix ज्ञात कीजिए।

ऊपरी फ़्लेंज: 130 × 22 mmवेब: 16 × 150 mmनिचला फ़्लेंज: 280 × 14 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.मृदा में प्रभावी प्रतिबलमध्यम
रेतγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 19 kN/m³12 mजल स्तरXz = 11 m

दिखाई गई मृदा परिच्छेदिका के लिए बिंदु X पर छिद्र जल दाब u ज्ञात कीजिए।

z = 11 mzw = 2 mγw = 9.81 kN/m³रेत: γd = 16 kN/m³रेत: γsat = 19 kN/m³
u = kPa
14.मृदा में प्रभावी प्रतिबलकठिन
रेतγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 20.5 kN/m³4 mमिट्टी (क्ले)γsat​ = 18.5 kN/m³5 mजल स्तरXz = 6.5 m

दिखाई गई मृदा परिच्छेदिका के लिए बिंदु X पर ऊर्ध्वाधर प्रभावी प्रतिबल σ′ ज्ञात कीजिए।

z = 6.5 mzw = 2 mγw = 9.81 kN/m³रेत: γd = 17 kN/m³रेत: γsat = 20.5 kN/m³मिट्टी (क्ले): γsat = 18.5 kN/m³
σ′ = kPa
15.समेकन निषदनमध्यम
Δσ = 100 kPaरेतमिट्टी (क्ले)Cc​ = 0.35, Cr​ = 0.02e0​ = 0.9σ′0​ = 40 kPaσ′p​ = 80 kPa3 mजल स्तर

3 m मोटी एक अति-समेकित मृत्तिका परत के लिए Cc = 0.35, Cr = 0.02 और e₀ = 0.9 है। इसकी मध्य-गहराई पर प्रभावी ऊर्ध्वाधर प्रतिबल 40 kPa है और पूर्व-समेकन दाब 80 kPa है। एक नई इमारत मध्य-गहराई पर 100 kPa ऊर्ध्वाधर प्रतिबल जोड़ती है। प्राथमिक समेकन निषदन S mm में ज्ञात कीजिए।

H = 3 mCc = 0.35Cr = 0.02e0 = 0.9σ′0 = 40 kPaσ′p = 80 kPaΔσ = 100 kPa
S = mm
16.समेकन निषदनकठिन
रेतमिट्टी (क्ले)H = 5 m5 mरेतजल स्तर

एक प्रयोगशाला ओडोमीटर परीक्षण में ऊपर और नीचे जलनिकास वाला 20 mm मोटा मृत्तिका नमूना 12 min में 50% समेकन तक पहुँचता है। क्षेत्र में वही मृत्तिका 5 m मोटी परत बनाती है। यह दो रेत परतों के बीच है, इसलिए जल ऊपर और नीचे दोनों ओर निकलता है। क्षेत्र की परत को 50% समेकन तक पहुँचने में कितने दिन t लगते हैं?

hlab = 20 mmtlab = 12 minH = 5 mक्षेत्र: द्वि-जलनिकास
t = दिन
17.द्रवस्थैतिक बलमध्यम
फाटकd = 2 mH = 2.5 m

1.5 m चौड़ा एक ऊर्ध्वाधर आयताकार फाटक पानी वाली टंकी की दीवार में है, उसका ऊपरी किनारा सतह से 2 m नीचे है। फाटक पर परिणामी द्रवस्थैतिक बल F ज्ञात कीजिए।

d = 2 mH = 2.5 mb = 1.5 mρ = 1000 kg/m³g = 9.81 m/s²
F = kN
18.द्रवस्थैतिक बलकठिन
फाटकd = 4 mH = 1.5 m

1.5 m चौड़ा एक ऊर्ध्वाधर आयताकार फाटक ग्लिसरीन वाली टंकी की दीवार में है, उसका ऊपरी किनारा सतह से 4 m नीचे है। सतह के नीचे दाब केंद्र की गहराई ycp ज्ञात कीजिए।

d = 4 mH = 1.5 mb = 1.5 mρ = 1260 kg/m³g = 9.81 m/s²
ycp = m
19.पाइप घर्षण और शीर्ष हानिमध्यम
Q = 200 L/sD = 300 mmL = 1000 mf = 0.022

जल 300 mm आंतरिक व्यास वाले 1000 m लंबे पाइप से 200 L/s पर बहता है। डार्सी घर्षण गुणांक f = 0.022 और g = 9.81 m/s² लें। घर्षण शीर्ष हानि hf ज्ञात कीजिए।

Q = 200 L/sL = 1000 mD = 300 mmf = 0.022g = 9.81 m/s²
hf = m
20.पाइप घर्षण और शीर्ष हानिकठिन
K = 2Δz = ?L = 100 m, D = 150 mm, f = 0.0254× मोड़ (K = 0.3)

दो खुले जलाशय 100 m लंबे, 150 mm आंतरिक व्यास और डार्सी घर्षण गुणांक f = 0.025 वाले पाइप से जुड़े हैं। लघु हानियाँ हैं: एक तीखे किनारे वाला प्रवेश (K = 0.5), 4 मोड़ (हर एक K = 0.3), एक वाल्व (K = 2) और निचले जलाशय में निकास (K = 1.0)। g = 9.81 m/s² लें। जलाशयों के बीच जल स्तर का कितना अंतर Δz, 20 L/s की प्रवाह दर देता है?

Q = 20 L/sL = 100 mD = 150 mmf = 0.025Kentrance = 0.5Kbend = 0.3 (×4)Kvalve = 2Kexit = 1.0
Δz = m
21.खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)मध्यम
b = 4 my = 1.7 m1 : 1n = 0.014, S = 0.0005

एक समलंबाकार अपरिष्कृत कंक्रीट वाहिका की तल चौड़ाई 4 m और पार्श्व ढाल 1:1 (क्षैतिज:ऊर्ध्वाधर) है। जल 1.7 m गहराई पर एकसमान रूप से बहता है। मैनिंग n = 0.014 और तल ढाल S = 0.0005 है। प्रवाह दर Q m³/s में ज्ञात कीजिए।

b = 4 my = 1.7 mz = 1n = 0.014S = 0.0005
Q = m³/s
22.खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)कठिन
b = 5.5 my = 1.2 mn = 0.022, Q = 10 m³/s

5.5 m चौड़ी एक आयताकार साफ़ मिट्टी वाहिका को 1.2 m गहराई पर एकसमान प्रवाह में 10 m³/s वहन करना है। मैनिंग n = 0.022। आवश्यक तल ढाल S (m/m में) ज्ञात कीजिए।

Q = 10 m³/sb = 5.5 my = 1.2 mn = 0.022
S = m/m
23.पंप और पंप शक्तिमध्यम
PQ = 40 L/sH = 54 m

एक परीक्षण में पंप 54 m शीर्ष के विरुद्ध 40 L/s जल (ρ = 1000 kg/m³) देता है जबकि उसका शाफ़्ट 30.3 kW लेता है। g = 9.81 m/s² लें। पंप दक्षता η प्रतिशत में ज्ञात कीजिए।

Q = 40 L/sH = 54 mPshaft = 30.3 kWg = 9.81 m/s²
η = %
24.पंप और पंप शक्तिकठिन
PQ = 80 L/sΔz = 11 mL = 100 m, D = 250 mm, f = 0.02, ΣK = 5

एक पंप 80 L/s जल (ρ = 1000 kg/m³) को एक खुले निचले जलाशय से एक ऊपरी टैंक तक ले जाता है, जिसकी जल सतह 11 m ऊँची है। पाइप 100 m लंबा है, उसका आंतरिक व्यास 250 mm और डार्सी घर्षण गुणांक f = 0.02 है; लघु-हानि गुणांकों का योग ΣK = 5 है (प्रवेश और निकास सहित)। g = 9.81 m/s² लें। पंप द्वारा जोड़ा जाने वाला शीर्ष H ज्ञात कीजिए।

Q = 80 L/sΔz = 11 mL = 100 mD = 250 mmf = 0.02ΣK = 5
H = m
25.मुद्रा का समय मूल्यमध्यम
वर्ष0123…8PV = ?€50 000

आपको 8 वर्षों में €50 000 चाहिए। एक खाता प्रति वर्ष 5% देता है, ब्याज त्रैमासिक रूप से चक्रवृद्धि होता है। आज आपको कितना जमा करना होगा? वर्तमान मूल्य PV ज्ञात करें।

FV = €50 0005% / 4n = 8
PV = €
26.मुद्रा का समय मूल्यकठिन
महीने0123…360€200 000A?AAA

€200 000 का ऋण 30 वर्षों में समान मासिक किस्तों में चुकाया जाता है। ब्याज दर प्रति वर्ष 3% है, मासिक चक्रवृद्धि। मासिक किस्त A ज्ञात करें।

P = €200 0003% / 12N = 360
A = €
27.NPV और IRRमध्यम
वर्ष0123…8−40 0005 0005 0005 00015 000

एक मशीन की लागत आज €40 000 है। यह 8 वर्षों तक हर वर्ष के अंत में €5 000 उत्पन्न करती है और फिर €10 000 में बेची जा सकती है। पूँजी की लागत 8% है। शुद्ध वर्तमान मूल्य NPV ज्ञात कीजिए।

C0 = €40 000CF = €5 000S = €10 000n = 8r = 8%
NPV = €
28.NPV और IRRकठिन
वर्ष0123−25 00013 50017 00016 000

एक परियोजना की लागत €25 000 है और यह वर्ष 1 से 3 के अंत में €13 500, €17 000, €16 000 लौटाती है। इसकी आंतरिक प्रतिफल दर IRR प्रतिशत में ज्ञात करें।

CF0 = −25 000CF1 = 13 500CF2 = 17 000CF3 = 16 000
IRR = %
29.प्रसामान्य बंटनमध्यम
250260P = ?

थैलों के भार माध्य 250 g और मानक विचलन 5 g के साथ प्रसामान्य रूप से वितरित हैं। कितना अनुपात 250 और 260 g के बीच है? P को दशमलव में दें।

μ = 250σ = 5x1 = 250x2 = 260
P =
30.प्रसामान्य बंटनकठिन
μ = 250x = ?20%

थैलों के भार माध्य 250 g और मानक विचलन 5 g के साथ प्रसामान्य रूप से वितरित हैं। वह मान x ज्ञात कीजिए जिसके नीचे इनमें से 20% आते हैं (20वाँ शततमक)।

μ = 250σ = 5P = 20%
x = g

3विलयन

1.बीम आलंब प्रतिक्रियाएँ

उत्तर: RA = 8.5 kN

स्थैतिक संतुलन: विराम में पिंड के लिए ΣFx = 0, ΣFy = 0 और किसी भी बिंदु के परितः ΣM = 0। हर वितरित भार को उसके परिणामी (उसका क्षेत्रफल) से बदलें जो भार आरेख के केंद्रक पर कार्य करता है, और किसी आलंब के परितः आघूर्ण लें ताकि उस आलंब की प्रतिक्रिया समीकरण से हट जाए।

A के परितः आघूर्ण

वामावर्त धनात्मक।

ΣMA = 0: RB·10 − 25·5 − 40 = 0
RB = 165/10 = 16.5 kN

ऊर्ध्वाधर संतुलन

RA = 25 − 16.5 = 8.5 kN

उत्तर

RA = 8.5 kN

ऋणात्मक प्रतिक्रिया नीचे की ओर कार्य करती है।

2.बीम आलंब प्रतिक्रियाएँ

उत्तर: RA = 43.5 kN

स्थैतिक संतुलन: स्थिर वस्तु के लिए किसी भी बिंदु के परितः ΣFx = 0, ΣFy = 0 और ΣM = 0। एक आलंब के परितः आघूर्ण लेने से उस आलंब की प्रतिक्रिया समीकरण से हट जाती है।

w = 4 kN/mP = 50 kNABRA​RB​2 m1 m4 m1 m

मुक्त-पिंड आरेख

आलंबों को प्रतिक्रिया बलों से बदलें। रोलर एक ऊर्ध्वाधर प्रतिक्रिया देता है; केवल ऊर्ध्वाधर भारों के साथ पिन भी एक ऊर्ध्वाधर प्रतिक्रिया देता है।

संतुलन

A के परितः आघूर्ण, वामावर्त धनात्मक। फिर ऊर्ध्वाधर बल संतुलन।

वितरित भार का परिणामी: W = w·ℓ = 4·4 = 16 kN, x̄ = 5 m पर कार्य करता है
ΣMA = 0: RB·8 = 50·2 + 4·4·5
RB = 180/8 = 22.5 kN
ΣFy = 0: RA = 66 − 22.5 = 43.5 kN

उत्तर

RA = 43.5 kN
3.ट्रस: जोड़ विधि

उत्तर: FAB = −11.6 kN

जोड़ विधि: ट्रस का हर जोड़ संतुलन में है, इसलिए हर जोड़ पर ΣFx = 0 और ΣFy = 0। उस जोड़ से शुरू करें जहाँ अधिकतम दो अज्ञात अवयव बल हों। ऋणात्मक परिणाम का अर्थ है कि अवयव संपीडन में है।

ABBCACACB15 kNAy​Cy​

आलंब प्रतिक्रियाएँ

पूरे ट्रस का संतुलन। A के परितः आघूर्ण, वामावर्त धनात्मक।

ΣMA = 0: Cy·4 = 15·1 → Cy = 3.75 kN
ΣFy = 0: Ay = 15 − 3.75 = 11.25 kN

जोड़ A

मानें कि हर अवयव तनाव में है (जोड़ से दूर खींचता है)। A पर केवल AB का ऊर्ध्वाधर घटक है।

sin α = 4/4.123 = 0.9701
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −11.25/0.9701 = −11.6 kN

उत्तर

FAB = −11.6 kN (संपीडन)
4.ट्रस: जोड़ विधि

उत्तर: FBC = −36.06 kN

जोड़ विधि: ट्रस का हर जोड़ संतुलन में है, इसलिए हर जोड़ पर ΣFx = 0 और ΣFy = 0। उस जोड़ से शुरू करें जहाँ अधिकतम दो अज्ञात अवयव बल हों। ऋणात्मक परिणाम का अर्थ है कि अवयव संपीडन में है।

ABBCACACB20 kN30 kNAy​Cy​Ax​

आलंब प्रतिक्रियाएँ

पूरे ट्रस का संतुलन। A के परितः आघूर्ण, वामावर्त धनात्मक।

ΣMA = 0: Cy·5 = 20·2 + 30·2 → Cy = 20 kN
ΣFy = 0: Ay = 20 − 20 = 0 kN
ΣFx = 0: Ax = −30 kN

जोड़ C

रोलर केवल ऊर्ध्वाधर प्रतिक्रिया देता है, इसलिए जोड़ C पर केवल दो अज्ञात अवयव बल हैं। दोनों को तनाव में मानें।

sin γ = 2/3.606 = 0.5547, cos γ = 3/3.606 = 0.8321
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −20/0.5547 = −36.06 kN

उत्तर

FBC = −36.06 kN (संपीडन)
5.अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण

उत्तर: Mmax = 207.5 kN·m

खंड विधि: जहाँ आंतरिक बल चाहिए वहाँ बीम काटें और एक भाग रखें। अपरूपण बल V उस भाग के ऊर्ध्वाधर बलों को संतुलित करता है, और बंकन आघूर्ण M कट के परितः उनके आघूर्णों को। अधिकतम आघूर्ण: चूँकि dM/dx = V, बंकन आघूर्ण वहाँ शिखर पर होता है जहाँ अपरूपण बल शून्य से होकर गुज़रता है, या तो किसी बिंदु भार पर या किसी वितरित भार के भीतर।

आलंब प्रतिक्रियाएँ

पूरे बीम का संतुलन।

ΣMA = 0: RB·10 = 55·5 + 70·8
RB = 835/10 = 83.5 kN
ΣFy = 0: RA = 125 − 83.5 = 41.5 kN

हर भार के नीचे आघूर्ण

हर भार के बाईं ओर का भाग रखें।

भार P1: M = RA·5 = 41.5·5 = 207.5 kN·m
भार P2: M = RB·2 = 83.5·2 = 167 kN·m

सबसे बड़ा मान

Mmax = 207.5 kN·m (भार P1)

उत्तर

Mmax = 207.5 kN·m
6.अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण

उत्तर: Mmax = 62.02 kN·m

खंड विधि: जहाँ आंतरिक बल चाहिए वहाँ बीम काटें और एक भाग रखें। अपरूपण बल V उस भाग के ऊर्ध्वाधर बलों को संतुलित करता है, और बंकन आघूर्ण M कट के परितः उनके आघूर्णों को। अधिकतम आघूर्ण: चूँकि dM/dx = V, बंकन आघूर्ण वहाँ शिखर पर होता है जहाँ अपरूपण बल शून्य से होकर गुज़रता है, या तो किसी बिंदु भार पर या किसी वितरित भार के भीतर।

आलंब प्रतिक्रियाएँ

पूरे बीम का संतुलन।

वितरित भार का परिणामी: W = w·ℓ = 8·7 = 56 kN, x̄ = 3.5 m पर कार्य करता है
ΣMA = 0: RB·8 = 8·7·3.5
RB = 196/8 = 24.5 kN
ΣFy = 0: RA = 56 − 24.5 = 31.5 kN

शून्य अपरूपण

अपरूपण बल RA से शुरू होता है, किसी भी भाररहित भाग पर स्थिर रहता है और भार के भीतर प्रवणता w से घटता है।

RA − w·(x0 − 0) = 0
x0 = 0 + 31.5/8 = 3.938 m

अधिकतम आघूर्ण

Mmax = RA·x0 − w·(x0 − 0)²/2 = 31.5·3.938 − 8·3.938²/2 = 62.02 kN·m

उत्तर

Mmax = 62.02 kN·m
7.बीम विक्षेप

उत्तर: δ = 68.44 mm

बीम विक्षेप: विक्षेप वक्रता M/(EI) को दो बार समाकलित करके मिलते हैं। मानक स्थितियाँ सारणीबद्ध हैं, जैसे सिरे पर भार वाले कैंटिलीवर के लिए PL³/(3EI) और पूरे विस्तार पर समान भार वाले सरल आलंबित बीम के लिए 5wL⁴/(384EI)। अलग-अलग भारों के विक्षेप जुड़ते हैं (अध्यारोपण)।

एकरूप इकाइयाँ

N और mm में काम करें: P N में, w N/mm में (kN/m = N/mm), L mm में, E N/mm² में (GPa × 1000), I mm⁴ में।

P = 16000 N, w = 2 N/mm, L = 3000 mm
EI = 2.4 × 10¹² N·mm²

हर भार अलग से

δP = PL³/(3EI) = 16000·3000³/(3·2.4 × 10¹²) = 60 mm
δw = wL⁴/(8EI) = 2·3000⁴/(8·2.4 × 10¹²) = 8.438 mm

जोड़ें

δ = 60 + 8.438 = 68.44 mm

उत्तर

δ = 68.44 mm
8.बीम विक्षेप

उत्तर: Ireq = 6.818 × 10⁶ mm⁴

बीम विक्षेप: विक्षेप वक्रता M/(EI) को दो बार समाकलित करके मिलते हैं। मानक स्थितियाँ सारणीबद्ध हैं, जैसे सिरे पर भार वाले कैंटिलीवर के लिए PL³/(3EI) और पूरे विस्तार पर समान भार वाले सरल आलंबित बीम के लिए 5wL⁴/(384EI)। अलग-अलग भारों के विक्षेप जुड़ते हैं (अध्यारोपण)।

विक्षेप सीमा

δallow = L/360 = 2000/360 = 5.556 mm

आवश्यक जड़त्व आघूर्ण

I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·2·2000⁴/(384·11000·5.556) = 6.818 × 10⁶ mm⁴
Ireq = 6.818 × 10⁶ mm⁴

उत्तर

Ireq = 6.818 × 10⁶ mm⁴
9.स्तंभ बकलिंग

उत्तर: Pcr = 131.6 kN

ऑयलर बकलिंग: पतला स्तंभ Pcr = π²EI/(KL)² पर अस्थिर हो जाता है, जहाँ KL प्रभावी लंबाई है: पिन–पिन के लिए K = 1, जड़ित–मुक्त के लिए 2, जड़ित–पिन के लिए 0.7 और जड़ित–जड़ित के लिए 0.5। यह सबसे छोटे I वाली अक्ष के परितः मुड़ता है। सूत्र उन पतले स्तंभों के लिए मान्य है जिनका क्रांतिक प्रतिबल पराभव प्रतिबल से कम रहता है।

न्यूनतम जड़त्व आघूर्ण

आयत अपनी कमज़ोर अक्ष के परितः, छोटी विमा के घन के साथ मुड़ता है।

Imin = h·b³/12 = 80·25³/12 = 104167 mm⁴

प्रभावी लंबाई

KL = 0.5·2500 = 1250 mm

क्रांतिक भार

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·104167/1250² = 131595 N = 131.6 kN

उत्तर

Pcr = 131.6 kN
10.स्तंभ बकलिंग

उत्तर: d = 45.08 mm

ऑयलर बकलिंग: पतला स्तंभ Pcr = π²EI/(KL)² पर अस्थिर हो जाता है, जहाँ KL प्रभावी लंबाई है: पिन–पिन के लिए K = 1, जड़ित–मुक्त के लिए 2, जड़ित–पिन के लिए 0.7 और जड़ित–जड़ित के लिए 0.5। यह सबसे छोटे I वाली अक्ष के परितः मुड़ता है। सूत्र उन पतले स्तंभों के लिए मान्य है जिनका क्रांतिक प्रतिबल पराभव प्रतिबल से कम रहता है।

आवश्यक क्रांतिक भार

Pcr = n·P = 2·50000 = 100000 N
KL = 1·2000 = 2000 mm

व्यास के लिए हल करें

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·100000·2000²/(π³·200000))^(1/4) = 45.08 mm

उत्तर

d = 45.08 mm

जाँच: तनुता KL/r = 177.5 है, इसलिए स्तंभ पतला है और ऑयलर लागू होता है।

11.केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण

उत्तर: Ix = 56.85 × 10⁶ mm⁴

संयुक्त क्षेत्रफल: खंड को आयतों में बाँटें। केंद्रक क्षेत्रफल-भारित औसत है ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ। केंद्रक अक्ष के परितः जड़त्व आघूर्ण हर भाग के अपने bh³/12 और समांतर-अक्ष पद A·d² को जोड़ता है, जहाँ d भाग के केंद्रक से कुल केंद्रक की दूरी है। बंकन प्रतिबल σ = M·y/I है।

दो आयतों में बाँटें

हर y को निचले किनारे से मापें।

फ़्लेंज: Af = 260·10 = 2600 mm², yf = 260 + 10/2 = 265 mm
वेब: Aw = 18·260 = 4680 mm², yw = 260/2 = 130 mm

केंद्रक

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2600·265 + 4680·130)/7280 = 178.2 mm

समांतर अक्ष प्रमेय

फ़्लेंज: 260·10³/12 + 2600·(265 − 178.2)² = 1.96 × 10⁷ mm⁴
वेब: 18·260³/12 + 4680·(130 − 178.2)² = 3.724 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1.96 × 10⁷ + 3.724 × 10⁷ = 5.685 × 10⁷ mm⁴ = 56.85 × 10⁶ mm⁴

उत्तर

Ix = 56.85 × 10⁶ mm⁴
12.केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण

उत्तर: Ix = 51.57 × 10⁶ mm⁴

संयुक्त क्षेत्रफल: खंड को आयतों में बाँटें। केंद्रक क्षेत्रफल-भारित औसत है ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ। केंद्रक अक्ष के परितः जड़त्व आघूर्ण हर भाग के अपने bh³/12 और समांतर-अक्ष पद A·d² को जोड़ता है, जहाँ d भाग के केंद्रक से कुल केंद्रक की दूरी है। बंकन प्रतिबल σ = M·y/I है।

तीन आयतों में बाँटें

हर y को निचले किनारे से मापें।

ऊपरी फ़्लेंज: A = 2860 mm², y = 175 mm
वेब: A = 2400 mm², y = 89 mm
निचला फ़्लेंज: A = 3920 mm², y = 7 mm

केंद्रक

ȳ = (2860·175 + 2400·89 + 3920·7)/9180 = 80.78 mm

समांतर अक्ष प्रमेय

ऊपरी फ़्लेंज: 130·22³/12 + 2860·94.22² = 2.551 × 10⁷ mm⁴
वेब: 16·150³/12 + 2400·8.222² = 4.662 × 10⁶ mm⁴
निचला फ़्लेंज: 280·14³/12 + 3920·73.78² = 2.14 × 10⁷ mm⁴
Ix = 2.551 × 10⁷ + 4.662 × 10⁶ + 2.14 × 10⁷
Ix = 5.157 × 10⁷ mm⁴ = 51.57 × 10⁶ mm⁴

उत्तर

Ix = 51.57 × 10⁶ mm⁴
13.मृदा में प्रभावी प्रतिबल

उत्तर: u = 88.29 kPa

प्रभावी प्रतिबल (टर्ज़ाघी): मृदा कंकाल σ′ = σ − u वहन करता है। कुल प्रतिबल σ बिंदु के ऊपर की हर चीज़ का भार है, Σγ·h, जल स्तर के ऊपर शुष्क और नीचे संतृप्त इकाई भार का उपयोग करते हुए। जल स्तर के नीचे छिद्र जल दाब द्रवस्थैतिक है: u = γw·(जल स्तर के नीचे गहराई)।

छिद्र जल दाब

जल दाब जल स्तर के नीचे गहराई के साथ बढ़ता है।

u = γw·(z − zw) = 9.81·9 = 88.29 kPa

उत्तर

u = 88.29 kPa
14.मृदा में प्रभावी प्रतिबल

उत्तर: σ′ = 77.1 kPa

प्रभावी प्रतिबल (टर्ज़ाघी): मृदा कंकाल σ′ = σ − u वहन करता है। कुल प्रतिबल σ बिंदु के ऊपर की हर चीज़ का भार है, Σγ·h, जल स्तर के ऊपर शुष्क और नीचे संतृप्त इकाई भार का उपयोग करते हुए। जल स्तर के नीचे छिद्र जल दाब द्रवस्थैतिक है: u = γw·(जल स्तर के नीचे गहराई)।

कुल प्रतिबल

X के ऊपर हर मृदा पट्टी का भार जोड़ें। जल स्तर के ऊपर शुष्क, नीचे संतृप्त इकाई भार का उपयोग करें।

σ = γd·2 + γsat,sand·2 + γsat,clay·2.5
σ = 17·2 + 20.5·2 + 18.5·2.5 = 121.3 kPa

छिद्र जल दाब

जल दाब जल स्तर के नीचे गहराई के साथ बढ़ता है।

u = γw·(z − zw) = 9.81·4.5 = 44.15 kPa

प्रभावी प्रतिबल

σ′ = σ − u = 121.3 − 44.15 = 77.1 kPa

उत्तर

σ′ = 77.1 kPa
15.समेकन निषदन

उत्तर: S = 143.8 mm

H मोटाई वाली मृत्तिका परत का प्राथमिक समेकन, परत के मध्य पर प्रभावी प्रतिबल का उपयोग करके: σ′f = σ′0 + Δσ। सामान्य रूप से समेकित मृत्तिका: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)। अति-समेकित मृत्तिका पूर्व-समेकन दाब σ′p तक Cr के अनुदिश पुनःसंपीडित होती है और उसके आगे ही Cc का अनुसरण करती है। समय: t = Tv·Hdr²/cv, जहाँ जलनिकास पथ Hdr, H/2 है जब जल ऊपर और नीचे दोनों ओर निकल सकता है, और H जब केवल एक ओर जलनिकास होता है।

पूर्व-समेकन दाब से तुलना करें

σ′f = 40 + 100 = 140 kPa > 80 kPa

निषदन

σ′p तक पुनःसंपीडन, उसके आगे मूल संपीडन।

S = 0.02·3/(1 + 0.9)·log₁₀(80/40) + 0.35·3/(1 + 0.9)·log₁₀(140/80)
S = 9.506 + 134.3 = 143.8 mm

उत्तर

S = 143.8 mm
16.समेकन निषदन

उत्तर: t = 520.8 दिन

H मोटाई वाली मृत्तिका परत का प्राथमिक समेकन, परत के मध्य पर प्रभावी प्रतिबल का उपयोग करके: σ′f = σ′0 + Δσ। सामान्य रूप से समेकित मृत्तिका: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)। अति-समेकित मृत्तिका पूर्व-समेकन दाब σ′p तक Cr के अनुदिश पुनःसंपीडित होती है और उसके आगे ही Cc का अनुसरण करती है। समय: t = Tv·Hdr²/cv, जहाँ जलनिकास पथ Hdr, H/2 है जब जल ऊपर और नीचे दोनों ओर निकल सकता है, और H जब केवल एक ओर जलनिकास होता है।

जलनिकास पथ

Hdr,lab = 20/2 = 10 mm = 0.01 m
Hdr,field = 5/2 = 2.5 m

समय का अनुपात निकालें

t = Tv·Hdr²/cv, प्रयोगशाला और क्षेत्र में समान T_v और cv के साथ।

tfield = 12·(2.5/0.01)² = 750000 min
tfield = 750000/1440 = 520.8 दिन

उत्तर

t = 520.8 दिन
17.द्रवस्थैतिक बल

उत्तर: F = 119.6 kN

समतल सतह पर द्रवस्थैतिक बल: F = ρ·g·yc·A। यह दाब केंद्र ycp = yc + Ic/(ycA) पर कार्य करता है, जो हमेशा केंद्रक के नीचे होता है।

केंद्रक की गहराई और क्षेत्रफल

yc = d + H/2 = 2 + 2.5/2 = 3.25 m
A = H·b = 2.5·1.5 = 3.75 m²
फाटकd = 2 mH = 2.5 mF

परिणामी बल

F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·3.25·3.75 = 119.6 kN

उत्तर

F = 119.6 kN
18.द्रवस्थैतिक बल

उत्तर: ycp = 4.789 m

समतल सतह पर द्रवस्थैतिक बल: F = ρ·g·yc·A। यह दाब केंद्र ycp = yc + Ic/(ycA) पर कार्य करता है, जो हमेशा केंद्रक के नीचे होता है।

केंद्रक की गहराई और क्षेत्रफल

yc = d + H/2 = 4 + 1.5/2 = 4.75 m
A = H·b = 1.5·1.5 = 2.25 m²
फाटकd = 4 mH = 1.5 mF

परिणामी बल

F = ρ·g·yc·A = 1260·9.81·4.75·2.25 = 132.1 kN

दाब केंद्र

दाब गहराई के साथ बढ़ता है, इसलिए परिणामी केंद्रक के नीचे कार्य करता है।

Ic = b·H³/12 = 1.5·1.5³/12 = 0.4219 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 4.75 + 0.4219/(4.75·2.25) = 4.789 m

उत्तर

ycp = 4.789 m
19.पाइप घर्षण और शीर्ष हानि

उत्तर: hf = 29.92 m

पाइप प्रवाह: रेनॉल्ड्स संख्या Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ स्तरीय प्रवाह (Re लगभग 2000 से कम) को विक्षुब्ध प्रवाह (लगभग 4000 से अधिक) से अलग करती है। पाइप के अनुदिश घर्षण से डार्सी–वाइसबाख शीर्ष हानि hf = f·(L/D)·V²/(2g) होती है। फ़िटिंग, वाल्व, प्रवेश और निकास लघु हानियाँ hm = ΣK·V²/(2g) जोड़ते हैं। दो खुले जलाशय सतहों के बीच ऊर्जा समीकरण Δz = hf + hm देता है, जिसमें निकास हानि K = 1 शामिल है।

औसत वेग

A = π·0.3²/4 = 0.07069 m²
V = Q/A = 0.2/0.07069 = 2.829 m/s

वेग शीर्ष

V²/(2g) = 2.829²/(2·9.81) = 0.408 m

डार्सी–वाइसबाख

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.022·(1000/0.3)·2.829²/(2·9.81) = 29.92 m

उत्तर

hf = 29.92 m
20.पाइप घर्षण और शीर्ष हानि

उत्तर: Δz = 1.395 m

पाइप प्रवाह: रेनॉल्ड्स संख्या Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ स्तरीय प्रवाह (Re लगभग 2000 से कम) को विक्षुब्ध प्रवाह (लगभग 4000 से अधिक) से अलग करती है। पाइप के अनुदिश घर्षण से डार्सी–वाइसबाख शीर्ष हानि hf = f·(L/D)·V²/(2g) होती है। फ़िटिंग, वाल्व, प्रवेश और निकास लघु हानियाँ hm = ΣK·V²/(2g) जोड़ते हैं। दो खुले जलाशय सतहों के बीच ऊर्जा समीकरण Δz = hf + hm देता है, जिसमें निकास हानि K = 1 शामिल है।

वेग

V = Q/A = 0.02/0.01767 = 1.132 m/s
V²/(2g) = 0.06529 m

हानि गुणांक

f·L/D = 0.025·100/0.15 = 16.67
ΣK = 0.5 + 4·0.3 + 2 + 1.0 = 4.7

कुल शीर्ष हानि

hf = 16.67·0.06529 = 1.088 m
hm = 4.7·0.06529 = 0.3068 m
Δz = hf + hm = 1.395 m

उत्तर

Δz = 1.395 m
21.खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)

उत्तर: Q = 16.49 m³/s

मैनिंग समीकरण (SI): खुली वाहिका में एकसमान प्रवाह के लिए V = (1/n)·R2/3·S1/2 और Q = A·V, जहाँ n खुरदरापन गुणांक, S तल ढाल (m/m) और R = A/P द्रवीय त्रिज्या है: प्रवाह क्षेत्रफल बटा आर्द्र परिमाप। P में केवल जल के संपर्क वाली सीमा गिनी जाती है, मुक्त सतह नहीं। आयत: A = b·y, P = b + 2y। z:1 (क्षैतिज:ऊर्ध्वाधर) पार्श्व ढाल वाला समलंब: A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)। पूरे या आधे भरे बहते वृत्ताकार पाइप के लिए R = D/4।

ज्यामिति

A = (b + z·y)·y = (4 + 1·1.7)·1.7 = 9.69 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 4 + 2·1.7·√(1 + 1²) = 8.808 m
R = A/P = 1.1 m

वेग

V = (1/0.014)·1.12/3·0.00051/2 = 1.702 m/s

प्रवाह दर

Q = A·V = 9.69·1.702 = 16.49 m³/s

उत्तर

Q = 16.49 m³/s
22.खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)

उत्तर: S = 0.001412 m/m

मैनिंग समीकरण (SI): खुली वाहिका में एकसमान प्रवाह के लिए V = (1/n)·R2/3·S1/2 और Q = A·V, जहाँ n खुरदरापन गुणांक, S तल ढाल (m/m) और R = A/P द्रवीय त्रिज्या है: प्रवाह क्षेत्रफल बटा आर्द्र परिमाप। P में केवल जल के संपर्क वाली सीमा गिनी जाती है, मुक्त सतह नहीं। आयत: A = b·y, P = b + 2y। z:1 (क्षैतिज:ऊर्ध्वाधर) पार्श्व ढाल वाला समलंब: A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)। पूरे या आधे भरे बहते वृत्ताकार पाइप के लिए R = D/4।

ज्यामिति

A = b·y = 5.5·1.2 = 6.6 m²
P = b + 2y = 5.5 + 2·1.2 = 7.9 m
R = A/P = 0.8354 m

S के लिए मैनिंग हल करें

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0.022·10/(6.6·0.887) = 0.03758
S = 0.03758² = 0.001412

उत्तर

S = 0.001412

यह प्रति किलोमीटर 1.412 m की गिरावट है।

23.पंप और पंप शक्ति

उत्तर: η = 69.93 %

पंप शक्ति: जल को दी गई शक्ति द्रवीय शक्ति Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp है। शाफ़्ट को अधिक देना पड़ता है क्योंकि पंप में कुछ हानि होती है: Pshaft = Ph/ηpump, और मोटर Pel = Pshaft/ηmotor लेती है। पंप शीर्ष H ऊर्जा समीकरण से मिलता है: स्थैतिक उठान + दाब शीर्ष + सभी घर्षण और लघु हानियाँ।

द्रवीय शक्ति

Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9.81·0.04·54 = 21.19 kW

दक्षता

η = Ph/Pshaft = 21.19/30.3 = 69.93%

उत्तर

η = 69.93%
24.पंप और पंप शक्ति

उत्तर: H = 12.76 m

पंप शक्ति: जल को दी गई शक्ति द्रवीय शक्ति Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp है। शाफ़्ट को अधिक देना पड़ता है क्योंकि पंप में कुछ हानि होती है: Pshaft = Ph/ηpump, और मोटर Pel = Pshaft/ηmotor लेती है। पंप शीर्ष H ऊर्जा समीकरण से मिलता है: स्थैतिक उठान + दाब शीर्ष + सभी घर्षण और लघु हानियाँ।

वेग

V = Q/A = 0.08/0.04909 = 1.63 m/s
V²/(2g) = 0.1354 m

शीर्ष हानियाँ

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (8 + 5)·0.1354 = 1.76 m

पंप शीर्ष

दोनों सतहें खुली और लगभग विराम में हैं, इसलिए दाब और वेग पद हट जाते हैं।

H = Δz + hL = 11 + 1.76 = 12.76 m

उत्तर

H = 12.76 m
25.मुद्रा का समय मूल्य

उत्तर: PV = 33599 €

मुद्रा का समय मूल्य: आज का पैसा बाद की उसी राशि से अधिक मूल्यवान है, क्योंकि वह ब्याज कमा सकता है। प्रति अवधि ब्याज दर i पर राशि FV = PV·(1 + i)n के अनुसार बढ़ती है। समान भुगतानों की शृंखला (वार्षिकी) का मूल्य हर भुगतान जोड़कर निकाला जाता है, जिससे वार्षिकी सूत्र बनते हैं।

दर और अवधियों की संख्या

i = 0.05/4 = 0.0125
N = 4·8 = 32

वर्तमान मूल्य

PV = FV/(1 + i)N = 50 000/1.488 = €33 599.20

उत्तर

PV = €33 599.20
26.मुद्रा का समय मूल्य

उत्तर: A = 843.2 €

मुद्रा का समय मूल्य: आज का पैसा बाद की उसी राशि से अधिक मूल्यवान है, क्योंकि वह ब्याज कमा सकता है। प्रति अवधि ब्याज दर i पर राशि FV = PV·(1 + i)n के अनुसार बढ़ती है। समान भुगतानों की शृंखला (वार्षिकी) का मूल्य हर भुगतान जोड़कर निकाला जाता है, जिससे वार्षिकी सूत्र बनते हैं।

मासिक दर और किस्तों की संख्या

i = 0.03/12 = 0.0025
N = 12·30 = 360

किस्त

N समान भुगतानों A का वर्तमान मूल्य A·(1 − (1 + i)⁻ᴺ)/i है। इसे ऋण के बराबर रखें और A ज्ञात करें।

(1 + i)−N = 0.407
A = 200 000·0.0025/(1 − 0.407) = €843.21

उत्तर

A = €843.21
27.NPV और IRR

उत्तर: NPV = −5864 €

शुद्ध वर्तमान मूल्य: हर नकदी प्रवाह को आवश्यक प्रतिफल दर r से आज तक बट्टा करें, फिर जोड़ें: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ। NPV > 0 वाली परियोजना r से अधिक कमाती है और मूल्य जोड़ती है। आंतरिक प्रतिफल दर (IRR) वह दर है जिस पर NPV = 0।

वार्षिक नकदी प्रवाहों का वर्तमान मूल्य

5 000·5.747 = 28 733.19

अवशिष्ट मूल्य का वर्तमान मूल्य

10 000/1.851 = 5 402.69

NPV

NPV = −40 000 + 28 733.19 + 5 402.69 = −€5 864.12

उत्तर

NPV = −€5 864.12
28.NPV और IRR

उत्तर: IRR = 37.4 %

शुद्ध वर्तमान मूल्य: हर नकदी प्रवाह को आवश्यक प्रतिफल दर r से आज तक बट्टा करें, फिर जोड़ें: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ। NPV > 0 वाली परियोजना r से अधिक कमाती है और मूल्य जोड़ती है। आंतरिक प्रतिफल दर (IRR) वह दर है जिस पर NPV = 0।

IRR को दोनों ओर से घेरें

दर बढ़ने पर NPV घटता है, इसलिए IRR धनात्मक NPV वाली दर और ऋणात्मक NPV वाली दर के बीच होती है।

NPV(35%) = 830.92
NPV(40%) = −852.77

सँकरा करें

रैखिक अंतर्वेशन पहला अनुमान देता है; इसे दोहराने (या कैलकुलेटर के IRR फ़ंक्शन) से सटीक दर मिलती है।

IRR ≈ 35 + 5·830.92/(830.92 − (−852.77)) = 37.47%
सटीक: NPV(37.4%) = 0 → IRR = 37.4%

उत्तर

IRR = 37.4%
29.प्रसामान्य बंटन

उत्तर: P = 0.4772

प्रसामान्य बंटन: मान x को z-स्कोर z = (x − μ)/σ में बदलें, जो माध्य से मानक विचलनों की संख्या गिनता है। z-तालिका (या Φ(z)) z के बाईं ओर का क्षेत्रफल देती है, जो P(X < x) है। दाईं ओर का क्षेत्रफल 1 − Φ(z) है, और दो मानों के बीच का क्षेत्रफल उनके दोनों क्षेत्रफलों का अंतर है।

z-स्कोर

z₁ = (250 − 250)/5 = 0
z₂ = (260 − 250)/5 = 2

बीच का क्षेत्रफल

P = Φ(2) − Φ(0) = 0.9772 − 0.5 = 0.4772

उत्तर

P = 0.4772
30.प्रसामान्य बंटन

उत्तर: x = 245.8 g

प्रसामान्य बंटन: मान x को z-स्कोर z = (x − μ)/σ में बदलें, जो माध्य से मानक विचलनों की संख्या गिनता है। z-तालिका (या Φ(z)) z के बाईं ओर का क्षेत्रफल देती है, जो P(X < x) है। दाईं ओर का क्षेत्रफल 1 − Φ(z) है, और दो मानों के बीच का क्षेत्रफल उनके दोनों क्षेत्रफलों का अंतर है।

शततमक के लिए z

Φ(z) = 0.2 → z = −0.8416

वापस x पर

x = 250 + −0.8416·5 = 245.79 g

उत्तर

x = 245.79 g

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