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
P1​ = 55 kNP2​ = 25 kNABRA​ = ?RB​2 m5 m1 m

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

L = 8 mP1 = 55 kN पर 2 mP2 = 25 kN पर 7 m
RA = kN
2.बीम आलंब प्रतिक्रियाएँकठिन
w = 2 kN/mP = 10 kNQ = 35 kNADCMA​ = ?0.5 m1.5 m2.5 m1.5 m

एक संयुक्त बीम A पर दीवार में स्थिर है, C पर (A से 2 m) एक आंतरिक कब्ज़ा (हिंज) है और D पर (A से 6 m) रोलर पर टिका है। यह A से 4.5 m पर बिंदु भार P, पूरे भाग CD पर समान वितरित भार w और A से 0.5 m पर बिंदु भार Q वहन करता है। दीवार पर प्रतिक्रिया आघूर्ण MA का परिमाण ज्ञात कीजिए।

AC = 2 mAD = 6 mP = 10 kN पर 4.5 mw = 2 kN/m, 2 से 6 m तकQ = 35 kN पर 0.5 m
MA = kN·m
3.ट्रस: जोड़ विधिमध्यम
ABCDEFGH15 kN35 kN15 kN4 × 3 m3 m

इस ट्रस का ठीक एक सदस्य इन भारों के अंतर्गत कोई बल वहन नहीं करता। शून्य-बल सदस्य कौन-सा है? उसे आरेख में क्लिक करें।

B: 15 kN ↓D: 35 kN ↓G: 15 kN ↓
  1. 1सदस्य AB
  2. 2सदस्य BC
  3. 3सदस्य CD
  4. 4सदस्य DE
  5. 5सदस्य FG
  6. 6सदस्य GH
  7. 7सदस्य AF
  8. 8सदस्य HE
  9. 9सदस्य BF
  10. 10सदस्य CG
  11. 11सदस्य DH
  12. 12सदस्य BG
  13. 13सदस्य DG
4.ट्रस: जोड़ विधिकठिन
ABCDEFGH40 kN40 kN40 kN4 × 3 m3 m

इस ट्रस का ठीक एक सदस्य इन भारों के अंतर्गत कोई बल वहन नहीं करता। शून्य-बल सदस्य कौन-सा है? उसे आरेख में क्लिक करें।

B: 40 kN ↓F: 40 kN ↓F: 40 kN →
  1. 1सदस्य AB
  2. 2सदस्य BC
  3. 3सदस्य CD
  4. 4सदस्य DE
  5. 5सदस्य FG
  6. 6सदस्य GH
  7. 7सदस्य AF
  8. 8सदस्य HE
  9. 9सदस्य BF
  10. 10सदस्य CG
  11. 11सदस्य DH
  12. 12सदस्य BG
  13. 13सदस्य DG
5.अपरूपण बल और बंकन आघूर्णमध्यम
w = 5 kN/mABखंड2 m6 m

आलंब A से x = 2 m पर खंड में अपरूपण बल Vx ज्ञात कीजिए। नीचे के रेशों को खींचने वाले आघूर्ण और बाएँ फलक पर ऊपर की ओर अपरूपण बल को धनात्मक लें।

L = 8 mw = 5 kN/m, 0 से 8 m तकx = 2 m
Vx = kN
6.अपरूपण बल और बंकन आघूर्णकठिन
w = 10 kN/mP = 10 kNABखंड1 m0.5 m4.5 m

आलंब A से x = 1.5 m पर खंड में बंकन आघूर्ण Mx ज्ञात कीजिए। नीचे के रेशों को खींचने वाले आघूर्ण और बाएँ फलक पर ऊपर की ओर अपरूपण बल को धनात्मक लें।

L = 6 mP = 10 kN पर 1 mw = 10 kN/m, 0 से 6 m तकx = 1.5 m
Mx = kN·m
7.बीम विक्षेपमध्यम
w = 5 kN/mδL = 6 m

एक सरल आलंबित बीम अपने पूरे विस्तार पर समान वितरित भार w वहन करता है। मध्य विस्तार पर अधिकतम विक्षेप δmax ज्ञात कीजिए।

w = 5 kN/mL = 6 mE = 70 GPa (एल्युमिनियम)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.बीम विक्षेपकठिन
P = 9 kNABδ3 m2 m

एक सरल आलंबित बीम आलंब B से b = 2 m पर बिंदु भार P वहन करता है। बीम का अधिकतम विक्षेप δmax ज्ञात कीजिए।

P = 9 kNb = 2 mL = 5 mE = 70 GPa (एल्युमिनियम)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.स्तंभ बकलिंगमध्यम
PL = 2 m20 × 40 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 mE = 200 GPa (स्टील)b × h = 20 × 40 mm
Pcr = kN
10.स्तंभ बकलिंगकठिन
P = 65 kNL = 2.5 md = ?अनुप्रस्थ काट

एल्युमिनियम से बना L लंबाई का एक ठोस गोल स्तंभ आधार पर जड़ित और शीर्ष पर पिन किया हुआ है। इसे बकलिंग के विरुद्ध 3 के सुरक्षा गुणक के साथ 65 kN वहन करना है। न्यूनतम व्यास d ज्ञात कीजिए।

P = 65 kNn = 3L = 2.5 mE = 70 GPa (एल्युमिनियम)
d = mm
11.केंद्रक और जड़त्व आघूर्णमध्यम
2003014010xआयाम mm में

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

bf = 200 mmtf = 30 mmtw = 10 mmhw = 140 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.केंद्रक और जड़त्व आघूर्णकठिन
3002520010xM = 15 kN·mआयाम mm में

T-खंड ऊपर फ़्लेंज के साथ बीम के रूप में उपयोग होता है और 15 kN·m का धनात्मक बंकन आघूर्ण वहन करता है। निचले किनारे पर बंकन प्रतिबल σनीचे ज्ञात कीजिए।

bf = 300 mmtf = 25 mmtw = 10 mmhw = 200 mmM = 15 kN·m
σनीचे = MPa
13.मृदा में प्रभावी प्रतिबलमध्यम
रेतγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 19 kN/m³7 mजल स्तरXz = 7 m

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

z = 7 mzw = 1 mγw = 9.81 kN/m³रेत: γd = 15 kN/m³रेत: γsat = 19 kN/m³
u = kPa
14.मृदा में प्रभावी प्रतिबलकठिन
रेतγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³6 mमिट्टी (क्ले)γsat​ = 17.5 kN/m³5 mजल स्तरXz = 8.5 m

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

z = 8.5 mzw = 1 mγw = 9.81 kN/m³रेत: γd = 16 kN/m³रेत: γsat = 20 kN/m³मिट्टी (क्ले): γsat = 17.5 kN/m³
u = kPa
15.समेकन निषदनमध्यम
Δσ = 220 kPaरेतमिट्टी (क्ले)Cc​ = 0.5, Cr​ = 0.03e0​ = 1.2σ′0​ = 75 kPaσ′p​ = 155 kPa5 mजल स्तर

5 m मोटी एक अति-समेकित मृत्तिका परत के लिए Cc = 0.5, Cr = 0.03 और e₀ = 1.2 है। इसकी मध्य-गहराई पर प्रभावी ऊर्ध्वाधर प्रतिबल 75 kPa है और पूर्व-समेकन दाब 155 kPa है। एक नई इमारत मध्य-गहराई पर 220 kPa ऊर्ध्वाधर प्रतिबल जोड़ती है। प्राथमिक समेकन निषदन S mm में ज्ञात कीजिए।

H = 5 mCc = 0.5Cr = 0.03e0 = 1.2σ′0 = 75 kPaσ′p = 155 kPaΔσ = 220 kPa
S = mm
16.समेकन निषदनकठिन
रेतमिट्टी (क्ले)H = 7 mcv​ = 3 m²/वर्ष7 mरेतजल स्तर

7 m मोटी एक मृत्तिका परत का समेकन गुणांक cv = 3 m²/year है। यह दो रेत परतों के बीच है, इसलिए जल ऊपर और नीचे दोनों ओर निकलता है। 80% औसत समेकन के लिए समय गुणांक Tv = 0.567 है। परत को 80% समेकन तक पहुँचने में कितने वर्ष t लगते हैं?

H = 7 mcv = 3 m²/वर्षU = 80%Tv = 0.567द्वि-जलनिकास
t = वर्ष
17.द्रवस्थैतिक बलमध्यम
फाटकd = 0.5 mH = 1.5 m

2 m चौड़ा एक ऊर्ध्वाधर आयताकार फाटक पानी वाली टंकी की दीवार में है, उसका ऊपरी किनारा सतह से 0.5 m नीचे है। फाटक पर परिणामी द्रवस्थैतिक बल F ज्ञात कीजिए।

d = 0.5 mH = 1.5 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9.81 m/s²
F = kN
18.द्रवस्थैतिक बलकठिन
फाटकd = 2.5 mH = 1.5 m

3 m चौड़ा एक ऊर्ध्वाधर आयताकार फाटक ग्लिसरीन वाली टंकी की दीवार में है, उसका ऊपरी किनारा सतह से 2.5 m नीचे है। सतह के नीचे दाब केंद्र की गहराई ycp ज्ञात कीजिए।

d = 2.5 mH = 1.5 mb = 3 mρ = 1260 kg/m³g = 9.81 m/s²
ycp = m
19.पाइप घर्षण और शीर्ष हानिमध्यम
V = 3 m/sD = 75 mmL = 300 mf = 0.025

जल (ρ = 1000 kg/m³) 75 mm आंतरिक व्यास वाले 300 m लंबे क्षैतिज पाइप से 3 m/s पर बहता है। डार्सी घर्षण गुणांक f = 0.025 और g = 9.81 m/s² लें। पाइप पर दाब पात Δp kPa में ज्ञात कीजिए।

V = 3 m/sL = 300 mD = 75 mmf = 0.025ρ = 1000 kg/m³
Δp = kPa
20.पाइप घर्षण और शीर्ष हानिकठिन
K = 5मुक्त निकासH = ?L = 200 m, D = 100 mm, f = 0.0152× मोड़ (K = 0.3)

100 mm आंतरिक व्यास (डार्सी घर्षण गुणांक f = 0.015) वाला 200 m लंबा पाइप एक खुले जलाशय से निकलता है और वायु में मुक्त जेट के रूप में निकास करता है। लघु हानियाँ हैं: एक तीखे किनारे वाला प्रवेश (K = 0.5), 2 मोड़ (हर एक K = 0.3) और एक वाल्व (K = 5)। g = 9.81 m/s² लें। 8 L/s की प्रवाह दर के लिए जलाशय की सतह पाइप निकास से कितनी H ऊपर होनी चाहिए?

Q = 8 L/sL = 200 mD = 100 mmf = 0.015Kentrance = 0.5Kbend = 0.3 (×2)Kvalve = 5
H = m
21.खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)मध्यम
D = 450 mmn = 0.013, S = 0.002

450 mm आंतरिक व्यास वाला एक कंक्रीट वर्षा-जल सीवर आधा भरा बहता है। मैनिंग n = 0.013 और ढाल S = 0.002 है। प्रवाह दर Q m³/s में ज्ञात कीजिए।

D = 450 mmn = 0.013S = 0.002
Q = m³/s
22.खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)कठिन
b = 4 my = 1.8 m1.5 : 1n = 0.025, Q = 12 m³/s

4 m तल चौड़ाई और 1.5:1 (क्षैतिज:ऊर्ध्वाधर) पार्श्व ढाल वाली एक समलंबाकार बजरी वाहिका को 1.8 m गहराई पर एकसमान प्रवाह में 12 m³/s वहन करना है। मैनिंग n = 0.025। आवश्यक तल ढाल S (m/m में) ज्ञात कीजिए।

Q = 12 m³/sb = 4 my = 1.8 mz = 1.5n = 0.025
S = m/m
23.पंप और पंप शक्तिमध्यम
PQ = 40 L/sH = 64 m

एक पंप 64 m शीर्ष के विरुद्ध 40 L/s जल (ρ = 1000 kg/m³) देता है। पंप दक्षता 85% है और उसे चलाने वाली विद्युत मोटर की दक्षता 92% है। g = 9.81 m/s² लें। मोटर द्वारा ली गई विद्युत शक्ति Pel kW में ज्ञात कीजिए।

Q = 40 L/sH = 64 mηpump = 85%ηmotor = 92%g = 9.81 m/s²
Pel = kW
24.पंप और पंप शक्तिकठिन
PQ = 40 L/sΔz = 21 mL = 150 m, D = 150 mm, f = 0.015, ΣK = 6

एक पंप 40 L/s जल (ρ = 1000 kg/m³) को एक खुले निचले जलाशय से एक ऊपरी टैंक तक ले जाता है, जिसकी जल सतह 21 m ऊँची है। पाइप 150 m लंबा है, उसका आंतरिक व्यास 150 mm और डार्सी घर्षण गुणांक f = 0.015 है; लघु-हानि गुणांकों का योग ΣK = 6 है (प्रवेश और निकास सहित)। g = 9.81 m/s² लें। पंप द्वारा जोड़ा जाने वाला शीर्ष H ज्ञात कीजिए।

Q = 40 L/sΔz = 21 mL = 150 mD = 150 mmf = 0.015ΣK = 6
H = m
25.मुद्रा का समय मूल्यमध्यम
अवधियाँ0123…1211 + EAR = ?20% / 12

एक क्रेडिट कार्ड 20% प्रति वर्ष की नाममात्र ब्याज दर लेता है, मासिक चक्रवृद्धि। प्रभावी वार्षिक दर EAR प्रतिशत में ज्ञात कीजिए।

r = 20%m = 12
EAR = %
26.मुद्रा का समय मूल्यकठिन
महीने0123…300€150€150€150FV = ?

आप 25 वर्षों तक हर महीने के अंत में €150 बचाते हैं। खाता प्रति वर्ष 4.8% देता है, मासिक चक्रवृद्धि। अंत में आपकी कितनी बचत होगी? FV ज्ञात करें।

A = €1504.8% / 12N = 300
FV = €
27.NPV और IRRमध्यम
वर्ष01234−45 0009 00013 00019 00014 000

€45 000 का निवेश वर्ष 1 से 4 के अंत में ये नकदी प्रवाह देता है: €9 000, €13 000, €19 000, €14 000। पूँजी की लागत 6% है। शुद्ध वर्तमान मूल्य NPV ज्ञात करें।

r = 6%CF0 = −45 000CF1 = 9 000CF2 = 13 000CF3 = 19 000CF4 = 14 000
NPV = €
28.NPV और IRRकठिन
वर्ष01234−80 00028 00028 00028 00028 000

€80 000 का एक निवेश 4 वर्षों तक हर वर्ष के अंत में €28 000 लौटाता है। इसकी आंतरिक प्रतिफल दर IRR प्रतिशत में ज्ञात कीजिए।

C0 = €80 000CF = €28 000n = 4
IRR = %
29.प्रसामान्य बंटनमध्यम
−3−2−10123z−z और z के बीच छायांकित क्षेत्रफल = 0.4313

z को इस तरह खींचें कि मानक प्रसामान्य वक्र के नीचे −z और z के बीच का छायांकित क्षेत्रफल 0.4313 हो। z को दो दशमलव स्थानों तक ज्ञात करें।

A = 0.4313
z =
30.प्रसामान्य बंटनकठिन
μ = 500x = ?95%

बैटरी जीवनकाल माध्य 500 h और मानक विचलन 40 h के साथ प्रसामान्य रूप से वितरित हैं। वह मान x ज्ञात कीजिए जिसके नीचे इनमें से 95% आते हैं (95वाँ शततमक)।

μ = 500σ = 40P = 95%
x = h

3विलयन

1.बीम आलंब प्रतिक्रियाएँ

उत्तर: RA = 44.38 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।

P1​ = 55 kNP2​ = 25 kNABRA​RB​2 m5 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।

ΣMA = 0: RB·8 = 55·2 + 25·7
RB = 285/8 = 35.63 kN
ΣFy = 0: RA = 80 − 35.63 = 44.38 kN

उत्तर

RA = 44.38 kN
2.बीम आलंब प्रतिक्रियाएँ

उत्तर: MA = 33 kN·m

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। आंतरिक कब्ज़ा बंकन आघूर्ण वहन नहीं कर सकता, जिससे एक अतिरिक्त समीकरण मिलता है: किसी भी ओर के बलों का कब्ज़े के परितः आघूर्ण शून्य है।

भाग CD

कब्ज़े पर कोई आघूर्ण नहीं है, इसलिए केवल CD पर C के परितः आघूर्ण संतुलित होने चाहिए।

W = 2·4 = 8 kN पर 2 m से C
ΣMC = 0: RD·4 = 10·2.5 + 8·2
RD = 10.25 kN
VC = 18 − 10.25 = 7.75 kN

भाग AC

कब्ज़ा बल VC, AC पर नीचे की ओर कार्य करता है (CD पर उसकी क्रिया के बराबर और विपरीत)।

RA = 35 + 7.75 = 42.75 kN
MA = 35·0.5 + 7.75·2 = 33 kN·m

उत्तर

MA = 33 kN·m
3.ट्रस: जोड़ विधि

उत्तर: सदस्य CG

शून्य-बल सदस्य: किसी संधि पर बल हर दिशा में संतुलित होने चाहिए। यदि संधि पर कोई भार और आधार नहीं है, और उसके तीन सदस्यों में से दो एक सीध में हैं, तो उस रेखा के आर-पार का संतुलन केवल तीसरे सदस्य को शामिल करता है, इसलिए उसका बल शून्य है। यदि भाररहित संधि पर केवल दो सदस्य मिलते हैं और वे एक सीध में नहीं हैं, तो दोनों शून्य हैं।

संधि C

BC और CD एक सीधी रेखा में हैं और संधि पर कोई भार नहीं है। उस रेखा के आर-पार बलों को संतुलित करने पर केवल CG बचता है।

ΣF⊥ = 0 → FCG = 0

संधि विधि से जाँचें

सभी संधियाँ हल करने पर ये सदस्य बल मिलते हैं (T = तनाव, C = संपीड़न)।

AB: 27.5 kN (T), BC: 40 kN (T), CD: 40 kN (T), DE: 37.5 kN (T), FG: 27.5 kN (C), GH: 37.5 kN (C), AF: 38.89 kN (C), HE: 53.03 kN (C), BF: 27.5 kN (T), CG: 0, DH: 37.5 kN (T), BG: 17.68 kN (C), DG: 3.536 kN (C)

उत्तर

शून्य-बल सदस्य: CG
4.ट्रस: जोड़ विधि

उत्तर: सदस्य CG

शून्य-बल सदस्य: किसी संधि पर बल हर दिशा में संतुलित होने चाहिए। यदि संधि पर कोई भार और आधार नहीं है, और उसके तीन सदस्यों में से दो एक सीध में हैं, तो उस रेखा के आर-पार का संतुलन केवल तीसरे सदस्य को शामिल करता है, इसलिए उसका बल शून्य है। यदि भाररहित संधि पर केवल दो सदस्य मिलते हैं और वे एक सीध में नहीं हैं, तो दोनों शून्य हैं।

संधि C

BC और CD एक सीधी रेखा में हैं और संधि पर कोई भार नहीं है। उस रेखा के आर-पार बलों को संतुलित करने पर केवल CG बचता है।

ΣF⊥ = 0 → FCG = 0

संधि विधि से जाँचें

सभी संधियाँ हल करने पर ये सदस्य बल मिलते हैं (T = तनाव, C = संपीड़न)।

AB: 90 kN (T), BC: 60 kN (T), CD: 60 kN (T), DE: 30 kN (T), FG: 90 kN (C), GH: 30 kN (C), AF: 70.71 kN (C), HE: 42.43 kN (C), BF: 10 kN (T), CG: 0, DH: 30 kN (T), BG: 42.43 kN (T), DG: 42.43 kN (C)

उत्तर

शून्य-बल सदस्य: CG
5.अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण

उत्तर: Vx = 10 kN

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।

आलंब प्रतिक्रियाएँ

पूरे बीम का संतुलन।

वितरित भार का परिणामी: W = w·ℓ = 5·8 = 40 kN, x̄ = 4 m पर कार्य करता है
ΣMA = 0: RB·8 = 5·8·4
RB = 160/8 = 20 kN
ΣFy = 0: RA = 40 − 20 = 20 kN
w = 5 kN/mABRA​ = 20RB​ = 20खंड2 m6 m

x = 2 m पर काटें और बायाँ भाग रखें

केवल कट के बाईं ओर के बल आते हैं। वितरित भार का एक हिस्सा उस हिस्से के मध्य में एक बल की तरह कार्य करता है।

V = RA − (कट के बाईं ओर सभी नीचे की ओर भार)
Vx = 20 − 5·2 = 10 kN

उत्तर

Vx = 10 kN
6.अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण

उत्तर: Mx = 41.25 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।

आलंब प्रतिक्रियाएँ

पूरे बीम का संतुलन।

वितरित भार का परिणामी: W = w·ℓ = 10·6 = 60 kN, x̄ = 3 m पर कार्य करता है
ΣMA = 0: RB·6 = 10·1 + 10·6·3
RB = 190/6 = 31.67 kN
ΣFy = 0: RA = 70 − 31.67 = 38.33 kN
w = 10 kN/mP = 10 kNABRA​ = 38.33RB​ = 31.67खंड1 m0.5 m4.5 m

x = 1.5 m पर काटें और बायाँ भाग रखें

केवल कट के बाईं ओर के बल आते हैं। वितरित भार का एक हिस्सा उस हिस्से के मध्य में एक बल की तरह कार्य करता है।

M = RA·x − (कट के बाईं ओर हर भार × कट से उसकी दूरी)
Mx = 38.33·1.5 − 10·(1.5 − 1) − 10·1.5·0.75 = 41.25 kN·m

उत्तर

Mx = 41.25 kN·m
7.बीम विक्षेप

उत्तर: δmax = 52.41 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।

w = 5 N/mm, L = 6000 mm
EI = 1.61 × 10¹² N·mm²

विक्षेप

δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·5·6000⁴/(384·1.61 × 10¹²) = 52.41 mm

उत्तर

δmax = 52.41 mm
8.बीम विक्षेप

उत्तर: δmax = 2.646 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 = 9000 N, b = 2000 mm, L = 5000 mm
EI = 8.4 × 10¹² N·mm²

अधिकतम की स्थिति

लंबे खंड में प्रवणता को शून्य रखने से स्थिति मिलती है।

x = √((L² − b²)/3) = √((5000² − 2000²)/3) = 2646 mm

अधिकतम विक्षेप

δmax = Pb(L² − b²)3/2/(9√3·EIL) = 2.646 mm

उत्तर

δmax = 2.646 mm
9.स्तंभ बकलिंग

उत्तर: Pcr = 52.64 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 = 40·20³/12 = 26667 mm⁴

प्रभावी लंबाई

KL = 0.5·2000 = 1000 mm

क्रांतिक भार

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·26667/1000² = 52638 N = 52.64 kN

उत्तर

Pcr = 52.64 kN
10.स्तंभ बकलिंग

उत्तर: d = 64.78 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 = 3·65000 = 195000 N
KL = 0.7·2500 = 1750 mm

व्यास के लिए हल करें

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·195000·1750²/(π³·70000))^(1/4) = 64.78 mm

उत्तर

d = 64.78 mm

जाँच: तनुता KL/r = 108.1 है, इसलिए स्तंभ पतला है और ऑयलर लागू होता है।

11.केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण

उत्तर: Ix = 10.94 × 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 = 200·30 = 6000 mm², yf = 140 + 30/2 = 155 mm
वेब: Aw = 10·140 = 1400 mm², yw = 140/2 = 70 mm

केंद्रक

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (6000·155 + 1400·70)/7400 = 138.9 mm

समांतर अक्ष प्रमेय

फ़्लेंज: 200·30³/12 + 6000·(155 − 138.9)² = 2.002 × 10⁶ mm⁴
वेब: 10·140³/12 + 1400·(70 − 138.9)² = 8.936 × 10⁶ mm⁴
Ix = 2.002 × 10⁶ + 8.936 × 10⁶ = 1.094 × 10⁷ mm⁴ = 10.94 × 10⁶ mm⁴

उत्तर

Ix = 10.94 × 10⁶ mm⁴
12.केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण

उत्तर: σनीचे = 104.7 MPa

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 = 300·25 = 7500 mm², yf = 200 + 25/2 = 212.5 mm
वेब: Aw = 10·200 = 2000 mm², yw = 200/2 = 100 mm

केंद्रक

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (7500·212.5 + 2000·100)/9500 = 188.8 mm

समांतर अक्ष प्रमेय

फ़्लेंज: 300·25³/12 + 7500·(212.5 − 188.8)² = 4.598 × 10⁶ mm⁴
वेब: 10·200³/12 + 2000·(100 − 188.8)² = 2.244 × 10⁷ mm⁴
Ix = 4.598 × 10⁶ + 2.244 × 10⁷ = 2.704 × 10⁷ mm⁴

बंकन प्रतिबल

निचला किनारा अक्ष से ȳ दूर है।

y = 188.8 mm
σ = M·y/I = 1.5 × 10⁷·188.8/2.704 × 10⁷ = 104.7 MPa

उत्तर

σनीचे = 104.7 MPa
13.मृदा में प्रभावी प्रतिबल

उत्तर: u = 58.86 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) = 9.81·6 = 58.86 kPa

उत्तर

u = 58.86 kPa
14.मृदा में प्रभावी प्रतिबल

उत्तर: u = 73.58 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) = 9.81·7.5 = 73.58 kPa

उत्तर

u = 73.58 kPa
15.समेकन निषदन

उत्तर: S = 339.1 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 = 75 + 220 = 295 kPa > 155 kPa

निषदन

σ′p तक पुनःसंपीडन, उसके आगे मूल संपीडन।

S = 0.03·5/(1 + 1.2)·log₁₀(155/75) + 0.5·5/(1 + 1.2)·log₁₀(295/155)
S = 21.5 + 317.6 = 339.1 mm

उत्तर

S = 339.1 mm
16.समेकन निषदन

उत्तर: t = 2.315 वर्ष

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 = H/2 = 7/2 = 3.5 m

समय

t = Tv·Hdr²/cv = 0.567·3.5²/3 = 2.315 वर्ष

उत्तर

t = 2.315 वर्ष
17.द्रवस्थैतिक बल

उत्तर: F = 36.79 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 = 0.5 + 1.5/2 = 1.25 m
A = H·b = 1.5·2 = 3 m²
फाटकd = 0.5 mH = 1.5 mF

परिणामी बल

F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·1.25·3 = 36.79 kN

उत्तर

F = 36.79 kN
18.द्रवस्थैतिक बल

उत्तर: ycp = 3.308 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 = 2.5 + 1.5/2 = 3.25 m
A = H·b = 1.5·3 = 4.5 m²
फाटकd = 2.5 mH = 1.5 mF

परिणामी बल

F = ρ·g·yc·A = 1260·9.81·3.25·4.5 = 180.8 kN

दाब केंद्र

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

Ic = b·H³/12 = 3·1.5³/12 = 0.8438 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 3.25 + 0.8438/(3.25·4.5) = 3.308 m

उत्तर

ycp = 3.308 m
19.पाइप घर्षण और शीर्ष हानि

उत्तर: Δp = 450 kPa

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।

शीर्ष हानि

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.025·(300/0.075)·3²/(2·9.81) = 45.87 m

दाब पात

पाइप क्षैतिज है और वेग नहीं बदलता, इसलिए ऊर्जा समीकरण Δp = ρ·g·hf बन जाता है।

Δp = ρ·g·hf = 1000·9.81·45.87 = 450000 Pa = 450 kPa

उत्तर

Δp = 450 kPa
20.पाइप घर्षण और शीर्ष हानि

उत्तर: H = 1.962 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 = 0.008/0.007854 = 1.019 m/s
V²/(2g) = 0.05288 m

हानि गुणांक

f·L/D = 0.015·200/0.1 = 30
ΣK = 0.5 + 2·0.3 + 5 = 6.1

ऊर्जा समीकरण

निकास जेट अभी भी अपना वेग शीर्ष वहन करता है; यह हानि नहीं है, पर इसे देना पड़ता है।

H = (1 + 30 + 6.1)·0.05288 = 1.962 m

उत्तर

H = 1.962 m
21.खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)

उत्तर: Q = 0.06375 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 = 0.07952 m², R = D/4 = 0.1125 m

वेग

V = (1/0.013)·0.11252/3·0.0021/2 = 0.8017 m/s

प्रवाह दर

Q = A·V = 0.07952·0.8017 = 0.06375 m³/s

उत्तर

Q = 0.06375 m³/s
22.खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)

उत्तर: S = 0.0005138 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 + z·y)·y = (4 + 1.5·1.8)·1.8 = 12.06 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 4 + 2·1.8·√(1 + 1.5²) = 10.49 m
R = A/P = 1.15 m

S के लिए मैनिंग हल करें

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0.025·12/(12.06·1.097) = 0.02267
S = 0.02267² = 0.0005138

उत्तर

S = 0.0005138

यह प्रति किलोमीटर 0.5138 m की गिरावट है।

23.पंप और पंप शक्ति

उत्तर: Pel = 32.11 kW

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 = 1000·9.81·0.04·64 = 25.11 kW

शाफ़्ट शक्ति

Pshaft = 25.11/0.85 = 29.55 kW

विद्युत शक्ति

Pel = 29.55/0.92 = 32.11 kW

उत्तर

Pel = 32.11 kW
24.पंप और पंप शक्ति

उत्तर: H = 26.48 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 = 0.04/0.01767 = 2.264 m/s
V²/(2g) = 0.2611 m

शीर्ष हानियाँ

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (15 + 6)·0.2611 = 5.484 m

पंप शीर्ष

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

H = Δz + hL = 21 + 5.484 = 26.48 m

उत्तर

H = 26.48 m
25.मुद्रा का समय मूल्य

उत्तर: EAR = 21.94 %

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।

प्रति अवधि दर

r/m = 0.2/12 = 0.01667

एक वर्ष में चक्रवृद्धि करें

EAR = (1 + 0.01667)12 − 1 = 1.219 − 1 = 21.94%

उत्तर

EAR = 21.94%

जब ब्याज वर्ष में एक से अधिक बार चक्रवृद्धि होता है तो EAR हमेशा नाममात्र दर से अधिक होती है।

26.मुद्रा का समय मूल्य

उत्तर: FV = 86707 €

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 जमाओं की संख्या

i = 0.048/12 = 0.004
N = 12·25 = 300

जमाओं का भविष्य मूल्य

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 150·(3.312 − 1)/0.004 = €86 706.72

उत्तर

FV = €86 706.72

आपने खुद €45 000 जमा किया; बाकी ब्याज है।

27.NPV और IRR

उत्तर: NPV = 2103 €

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।

हर नकदी प्रवाह का वर्तमान मूल्य

CF0 = −45 000
CF1/(1 + 0.06)1 = 9 000/1.06 = 8 490.57
CF2/(1 + 0.06)2 = 13 000/1.124 = 11 569.95
CF3/(1 + 0.06)3 = 19 000/1.191 = 15 952.77
CF4/(1 + 0.06)4 = 14 000/1.262 = 11 089.31

जोड़ें

NPV = €2 102.60

उत्तर

NPV = €2 102.60

NPV धनात्मक है, इसलिए परियोजना आवश्यक प्रतिफल से अधिक कमाती है।

28.NPV और IRR

उत्तर: IRR = 14.96 %

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।

आवश्यक वार्षिकी गुणक

(1 − (1 + i)−4)/i = 80 000/28 000 = 2.857

दर के लिए हल करें

दर बढ़ने पर वार्षिकी गुणक घटता है; दर को दो मानों के बीच घेरें और सीमा सँकरी करें।

i = 14%: 2.914
i = 15%: 2.855
IRR = 14.96%

उत्तर

IRR = 14.96%
29.प्रसामान्य बंटन

उत्तर: z = 0.57

क्षेत्रफल से वापस z तक: Φ(z), z के बाईं ओर का क्षेत्रफल है। बाईं पूँछ के क्षेत्रफल A के लिए सारणी में Φ(z) = A वाला z ढूँढें। दाईं पूँछ के क्षेत्रफल A का अर्थ Φ(z) = 1 − A है। −z और z के बीच का केंद्रीय क्षेत्रफल A हर पूँछ में (1 − A)/2 छोड़ता है, इसलिए Φ(z) = (1 + A)/2। मान x के लिए x = μ + zσ का उपयोग करें।

z के बाईं ओर का क्षेत्रफल

Φ(z) = (1 + 0.4313)/2 = 0.7157

z-सारणी को उलटा पढ़ें

सारणी के भीतर 0.7157 खोजें और z पढ़ें।

z = 0.57

उत्तर

z = 0.57
30.प्रसामान्य बंटन

उत्तर: x = 565.8 h

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) = 0.95 → z = 1.645

वापस x पर

x = 500 + 1.645·40 = 565.8 h

उत्तर

x = 565.8 h

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