Tanda A sampai G membagi balok menjadi enam bagian yang sama. Pada tanda mana momen lenturnya terbesar dalam ukuran, positif atau negatif? Klik pada diagram.
35 kN @ 8 m8 kN/m, 4–10 m
1A (x = 0 m)
2B (x = 2 m)
3C (x = 4 m)
4D (x = 6 m)
5E (x = 8 m)
6F (x = 10 m)
7G (x = 12 m)
6.Gaya geser & momen lenturSulit
Tanda A sampai G membagi balok menjadi enam bagian yang sama. Pada tanda mana momen lenturnya terbesar dalam ukuran, positif atau negatif? Klik pada diagram.
40 kN @ 12 m55 kN @ 4 m
1A (x = 0 m)
2B (x = 2 m)
3C (x = 4 m)
4D (x = 6 m)
5E (x = 8 m)
6F (x = 10 m)
7G (x = 12 m)
7.Lendutan balokSedang
Balok sederhana menahan beban merata w di seluruh bentang. Cari lendutan maksimum δmax di tengah bentang.
w = 15 kN/mL = 3 mE = 70 GPa (aluminium)I = 36 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Lendutan balokSulit
Balok sederhana menahan beban merata w. Lendutannya tidak boleh melebihi bentang/360. Cari momen inersia terkecil Ireq yang memenuhi batas ini.
w = 4 kN/mL = 2,5 mE = 200 GPa (baja)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.Tekuk kolomSedang
Kolom sepanjang L dari aluminium dengan tumpuan jepit di bawah dan sendi di atas. Dengan rumus Euler, cari beban tekuk kritisnya Pcr.
L = 2,5 mE = 70 GPa (aluminium)d = 25 mm
Pcr = kN
10.Tekuk kolomSulit
Kolom bulat pejal sepanjang L dari baja dengan tumpuan jepit di bawah dan sendi di atas. Kolom harus menahan 115 kN dengan faktor keamanan 2 terhadap tekuk. Cari diameter terkecil d.
P = 115 kNn = 2L = 2,5 mE = 200 GPa (baja)
d = mm
11.Titik berat & momen inersiaSedang
Sebuah pelat 100 mm × 240 mm memiliki lubang lingkaran berdiameter 60 mm pada garis tengah vertikalnya, dengan pusat 156 mm di atas dasar. Cari momen inersia luas Ix terhadap sumbu horizontal melalui titik berat.
b = 100 mmh = 240 mmd = 60 mmpusat lubang: y = 156 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Titik berat & momen inersiaSulit
Penampang T dipakai sebagai balok dengan sayap di atas dan menahan momen lentur positif 25 kN·m. Cari besar tegangan lentur σatas di tepi atas.
Lapisan lempung terkonsolidasi berlebih setebal 6 m memiliki Cc = 0,5, Cr = 0,06, dan e₀ = 0,7. Di tengah kedalamannya tegangan vertikal efektifnya 55 kPa dan rasio konsolidasi berlebihnya OCR = 3. Sebuah bangunan baru menambah tegangan vertikal 190 kPa di tengah kedalaman. Cari penurunan konsolidasi primer S dalam mm.
Dalam uji oedometer di laboratorium, benda uji lempung setebal 19 mm, berdrainase di atas dan di bawah, mencapai konsolidasi 50% dalam 12 menit. Di lapangan, lempung yang sama membentuk lapisan setebal 2 m. Lapisan berada di antara dua lapisan pasir, sehingga air terdrainase keluar di atas dan di bawah. Berapa hari t yang diperlukan lapisan di lapangan untuk mencapai konsolidasi 50%?
Pintu air persegi panjang vertikal selebar 2 m berada di dinding tangki berisi air, dengan tepi atasnya 0,5 m di bawah permukaan. Cari gaya hidrostatis resultan F pada pintu air.
Pintu air persegi panjang vertikal selebar 1 m berada di dinding tangki berisi oli, dengan tepi atasnya 3 m di bawah permukaan. Cari kedalaman ycp pusat tekanan di bawah permukaan.
d = 3 mH = 1 mb = 1 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Gesekan pipa & kehilangan headSedang
Air (ρ = 1000 kg/m³) mengalir dengan kecepatan 2,8 m/s melalui pipa horizontal sepanjang 100 m dengan diameter dalam 250 mm. Gunakan faktor gesekan Darcy f = 0,018 dan g = 9,81 m/s². Cari penurunan tekanan Δp sepanjang pipa dalam kPa.
Dua reservoir terbuka dihubungkan oleh pipa sepanjang 100 m dengan diameter dalam 150 mm dan faktor gesekan Darcy f = 0,025. Permukaan air reservoir atas berada 20 m di atas permukaan reservoir bawah. Kerugian minornya adalah lubang masuk bersudut tajam (K = 0,5), 2 belokan (masing-masing K = 0,3), sebuah katup (K = 5), dan lubang keluar ke reservoir bawah (K = 1,0). Gunakan g = 9,81 m/s². Cari debit Q dalam L/s.
Sebuah saluran trapesium beton kasar memiliki lebar dasar 6 m dan kemiringan sisi 1,5:1 (horizontal:vertikal). Air mengalir seragam sedalam 1,1 m. n Manning = 0,014 dan kemiringan dasarnya S = 0,004. Cari debit Q dalam m³/s.
b = 6 my = 1,1 mz = 1,5n = 0,014S = 0,004
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sulit
Sebuah saluran drainase beton dengan diameter dalam 300 mm (n Manning = 0,013) harus mencapai kecepatan swabersih 1 m/s saat mengalir tepat penuh. Cari kemiringan minimum S (dalam m/m).
D = 300 mmn = 0,013V = 1 m/s
S = m/m
23.Pompa & daya pompaSedang
Sebuah pompa mengalirkan 30 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan head 46 m. Efisiensi pompa 82% dan motor listrik penggeraknya memiliki efisiensi 92%. Gunakan g = 9,81 m/s². Cari daya listrik Pel yang ditarik motor, dalam kW.
Sebuah pompa memindahkan 60 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari reservoir bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 12 m lebih tinggi. Pipa sepanjang 150 m dengan diameter dalam 200 mm dan faktor gesekan Darcy f = 0,025; koefisien kerugian minornya berjumlah ΣK = 5 (termasuk lubang masuk dan keluar). Gunakan g = 9,81 m/s². Tangki atas tertutup dan udara di atas airnya bertekanan gauge 300 kPa. Cari head H yang harus ditambahkan pompa.
Anda menginvestasikan €2 000 dengan bunga 6% per tahun yang dimajemukkan secara kontinu. Tentukan nilainya FV setelah 20 tahun.
PV = €2 000r = 6%t = 20
FV = €
26.Nilai waktu uangSulit
Anda menabung €250 di akhir setiap bulan selama 15 tahun. Rekening memberi 3% per tahun, dimajemukkan bulanan. Berapa tabungan Anda di akhir? Tentukan FV.
A = €2503% / 12N = 180
FV = €
27.NPV & IRRSedang
Investasi sebesar €45 000 memberikan arus kas berikut di akhir tahun 1 sampai 4: €12 000, €17 000, €17 000, €17 000. Biaya modal 12%. Tentukan nilai sekarang bersih NPV.
Sebuah proyek berbiaya €10 000 dan menghasilkan €6 000, €5 500, €7 500 di akhir tahun 1 sampai 3. Tentukan tingkat pengembalian internalnya IRR dalam persen.
CF0 = −10 000CF1 = 6 000CF2 = 5 500CF3 = 7 500
IRR = %
29.Distribusi normalSedang
Seret z sehingga luas berarsir di antara −z dan z di bawah kurva normal baku adalah 0,4971. Cari z sampai dua desimal.
A = 0,4971
z =
30.Distribusi normalSulit
Data berat kantong berdistribusi normal dengan rata-rata 250 g dan simpangan baku 5 g. Tentukan nilai x yang di bawahnya terdapat 80% data (persentil ke-80).
μ = 250σ = 5P = 80%
x = g
3Larutan
1.Reaksi tumpuan balok
Jawaban: RA = 20 kN
Kesetimbangan statis: benda diam memenuhi ΣFx = 0, ΣFy = 0, dan ΣM = 0 terhadap titik mana pun. Mengambil momen terhadap satu tumpuan menghilangkan reaksi tumpuan itu dari persamaan.
Diagram benda bebas
Ganti tumpuan dengan gaya reaksi. Rol memberi satu reaksi vertikal; dengan beban vertikal saja, sendi juga memberi satu reaksi vertikal.
Kesetimbangan
Momen terhadap A, positif berlawanan arah jarum jam. Lalu kesetimbangan gaya vertikal.
ΣMA = 0: RB·8 = 20·3 + 20·5
RB = 160/8 = 20 kN
ΣFy = 0: RA = 40 − 20 = 20 kN
Jawaban
RA = 20 kN
2.Reaksi tumpuan balok
Jawaban: RA = 40,63 kN
Kesetimbangan statis: benda diam memenuhi ΣFx = 0, ΣFy = 0, dan ΣM = 0 terhadap titik mana pun. Mengambil momen terhadap satu tumpuan menghilangkan reaksi tumpuan itu dari persamaan.
Diagram benda bebas
Ganti tumpuan dengan gaya reaksi. Rol memberi satu reaksi vertikal; dengan beban vertikal saja, sendi juga memberi satu reaksi vertikal.
Kesetimbangan
Momen terhadap A, positif berlawanan arah jarum jam. Lalu kesetimbangan gaya vertikal.
Resultan beban merata: W = w·ℓ = 10·1 = 10 kN, bekerja di x̄ = 5,5 m
ΣMA = 0: RB·8 = 50·2 + 10·1·5,5
RB = 155/8 = 19,38 kN
ΣFy = 0: RA = 60 − 19,38 = 40,63 kN
Jawaban
RA = 40,63 kN
3.Rangka batang: metode titik buhul
Jawaban: elemen DH
Elemen gaya-nol: pada simpul, gaya-gaya harus seimbang ke segala arah. Jika simpul tidak memiliki beban dan tumpuan, dan dua dari tiga elemennya segaris, maka keseimbangan melintang garis itu hanya melibatkan elemen ketiga, sehingga gayanya nol. Jika hanya dua elemen bertemu di simpul tak berbeban dan keduanya tidak segaris, keduanya nol.
Simpul D
CD dan DE terletak pada satu garis lurus dan simpul tidak membawa beban. Menyeimbangkan gaya melintang garis itu hanya menyisakan DH.
ΣF⊥ = 0 → FDH = 0
Periksa dengan metode simpul
Menyelesaikan semua simpul memberikan gaya elemen berikut (T = tarik, C = tekan).
Elemen gaya-nol: pada simpul, gaya-gaya harus seimbang ke segala arah. Jika simpul tidak memiliki beban dan tumpuan, dan dua dari tiga elemennya segaris, maka keseimbangan melintang garis itu hanya melibatkan elemen ketiga, sehingga gayanya nol. Jika hanya dua elemen bertemu di simpul tak berbeban dan keduanya tidak segaris, keduanya nol.
Simpul C
BC dan CD terletak pada satu garis lurus dan simpul tidak membawa beban. Menyeimbangkan gaya melintang garis itu hanya menyisakan CG.
ΣF⊥ = 0 → FCG = 0
Periksa dengan metode simpul
Menyelesaikan semua simpul memberikan gaya elemen berikut (T = tarik, C = tekan).
Momen lentur terbesar: kemiringan M berubah di mana pun gaya geser berubah, sehingga puncaknya berada di tempat gaya geser memotong nol: di bawah beban terpusat, di dalam beban merata, atau di atas tumpuan pada balok dengan kantilever. Pada tumpuan jepit kantilever momen terbesar berada di dinding. Bandingkan besar M pada tempat-tempat itu, positif (sagging) atau negatif (hogging).
Reaksi tumpuan
Ambil momen terhadap satu tumpuan, lalu pakai keseimbangan gaya vertikal.
R1 = 31,67 kN, R2 = 51,33 kN
Momen lentur pada setiap tanda
Jumlahkan momen semua gaya pada satu sisi potongan. Positif (sagging) adalah positif, negatif (hogging) adalah negatif.
MA = 0, MB = 63,33, MC = 126,7, MD = 174, ME = 189,3 kN·m, MF = 102,7, MG = 0
Jawaban
Tanda E: ME = 189,3 kN·m
6.Gaya geser & momen lentur
Jawaban: C (x = 4 m)
Momen lentur terbesar: kemiringan M berubah di mana pun gaya geser berubah, sehingga puncaknya berada di tempat gaya geser memotong nol: di bawah beban terpusat, di dalam beban merata, atau di atas tumpuan pada balok dengan kantilever. Pada tumpuan jepit kantilever momen terbesar berada di dinding. Bandingkan besar M pada tempat-tempat itu, positif (sagging) atau negatif (hogging).
Reaksi tumpuan
Ambil momen terhadap satu tumpuan, lalu pakai keseimbangan gaya vertikal.
R1 = 25 kN, R2 = 70 kN
Momen lentur pada setiap tanda
Jumlahkan momen semua gaya pada satu sisi potongan. Positif (sagging) adalah positif, negatif (hogging) adalah negatif.
MA = 0, MB = 50, MC = 100 kN·m, MD = 40, ME = −20, MF = −80, MG = 0
Jawaban
Tanda C: MC = 100 kN·m
7.Lendutan balok
Jawaban: δmax = 6,278 mm
Lendutan balok: lendutan diperoleh dengan mengintegrasikan kelengkungan M/(EI) dua kali. Kasus standar tersedia dalam tabel, misalnya PL³/(3EI) untuk kantilever dengan beban ujung dan 5wL⁴/(384EI) untuk balok sederhana dengan beban merata penuh. Lendutan akibat beban terpisah dijumlahkan (superposisi).
Satuan konsisten
Hitung dalam N dan mm: P dalam N, w dalam N/mm (kN/m = N/mm), L dalam mm, E dalam N/mm² (GPa × 1000), I dalam mm⁴.
w = 15 N/mm, L = 3000 mm
EI = 2,52 × 10¹² N·mm²
Lendutan
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·15·3000⁴/(384·2,52 × 10¹²) = 6,278 mm
Jawaban
δmax = 6,278 mm
8.Lendutan balok
Jawaban: Ireq = 1,465 × 10⁶ mm⁴
Lendutan balok: lendutan diperoleh dengan mengintegrasikan kelengkungan M/(EI) dua kali. Kasus standar tersedia dalam tabel, misalnya PL³/(3EI) untuk kantilever dengan beban ujung dan 5wL⁴/(384EI) untuk balok sederhana dengan beban merata penuh. Lendutan akibat beban terpisah dijumlahkan (superposisi).
Batas lendutan
δallow = L/360 = 2500/360 = 6,944 mm
Momen inersia yang diperlukan
I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·4·2500⁴/(384·200000·6,944) = 1,465 × 10⁶ mm⁴
Ireq = 1,465 × 10⁶ mm⁴
Jawaban
Ireq = 1,465 × 10⁶ mm⁴
9.Tekuk kolom
Jawaban: Pcr = 4,326 kN
Tekuk Euler: kolom langsing menjadi tidak stabil pada Pcr = π²EI/(KL)², dengan KL panjang efektif: K = 1 untuk sendi–sendi, 2 untuk jepit–bebas, 0,7 untuk jepit–sendi, dan 0,5 untuk jepit–jepit. Kolom menekuk terhadap sumbu dengan I terkecil. Rumus berlaku untuk kolom langsing yang tegangan kritisnya tetap di bawah tegangan leleh.
Momen inersia terkecil
Penampang bulat memiliki I yang sama terhadap setiap sumbu.
Tekuk Euler: kolom langsing menjadi tidak stabil pada Pcr = π²EI/(KL)², dengan KL panjang efektif: K = 1 untuk sendi–sendi, 2 untuk jepit–bebas, 0,7 untuk jepit–sendi, dan 0,5 untuk jepit–jepit. Kolom menekuk terhadap sumbu dengan I terkecil. Rumus berlaku untuk kolom langsing yang tegangan kritisnya tetap di bawah tegangan leleh.
Beban kritis yang diperlukan
Pcr = n·P = 2·115000 = 230000 N
KL = 0,7·2500 = 1750 mm
Selesaikan untuk diameter
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·230000·1750²/(π³·200000))^(1/4) = 51,92 mm
Jawaban
d = 51,92 mm
Periksa: kelangsingan KL/r adalah 134,8, jadi kolom langsing dan rumus Euler berlaku.
11.Titik berat & momen inersia
Jawaban: Ix = 110,4 × 10⁶ mm⁴
Penampang berlubang: perlakukan lubang sebagai luas negatif. Titik berat adalah ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂), dengan A₁, y₁ untuk pelat penuh dan A₂, y₂ untuk lubang. Untuk momen inersia luas terhadap sumbu titik berat, gunakan teorema sumbu sejajar untuk setiap bagian lalu kurangkan lubangnya: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²), dengan d jarak dari titik berat masing-masing bagian ke sumbu yang melalui ȳ. Persegi panjang memiliki Ic = bh³/12 dan lingkaran Ic = πd⁴/64.
Titik berat
ȳ = (24000·120 − 2827·156)/(24000 − 2827) = 115,2 mm
Pelat penuh terhadap ȳ
100·240³/12 + 24000·4,808² = 115,8 × 10⁶ mm⁴
Lubang terhadap ȳ
π·60⁴/64 + 2827·40,81² = 5,345 × 10⁶ mm⁴
Kurangkan
Ix = 110,4 × 10⁶ mm⁴
Jawaban
Ix = 110,4 × 10⁶ mm⁴
12.Titik berat & momen inersia
Jawaban: σatas = 141,7 MPa
Luas gabungan: bagi penampang menjadi persegi panjang. Titik berat adalah rata-rata berbobot luas ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Momen inersia terhadap sumbu titik berat menjumlahkan bh³/12 masing-masing bagian dan suku sumbu sejajar A·d², dengan d jarak titik berat bagian ke titik berat keseluruhan. Tegangan lentur σ = M·y/I.
Bagi menjadi dua persegi panjang
Ukur setiap y dari tepi bawah.
sayap: Af = 160·10 = 1600 mm², yf = 140 + 10/2 = 145 mm
Tegangan efektif (Terzaghi): butiran tanah menahan σ′ = σ − u. Tegangan total σ adalah berat semua yang ada di atas titik, Σγ·h, memakai berat isi kering di atas muka air tanah dan berat isi jenuh di bawahnya. Di bawah muka air tanah tekanan air pori bersifat hidrostatis: u = γw·(kedalaman di bawah muka air tanah).
Tegangan total
Jumlahkan berat setiap lapisan tanah di atas X. Di atas muka air tanah gunakan berat isi kering, di bawahnya berat isi jenuh.
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah muka air tanah.
u = γw·(z − zw) = 9,81·10 = 98,1 kPa
Tegangan efektif
σ′ = σ − u = 222 − 98,1 = 123,9 kPa
Jawaban
σ′ = 123,9 kPa
14.Tegangan efektif tanah
Jawaban: σ = 87 kPa
Tegangan efektif (Terzaghi): butiran tanah menahan σ′ = σ − u. Tegangan total σ adalah berat semua yang ada di atas titik, Σγ·h, memakai berat isi kering di atas muka air tanah dan berat isi jenuh di bawahnya. Di bawah muka air tanah tekanan air pori bersifat hidrostatis: u = γw·(kedalaman di bawah muka air tanah).
Tegangan total
Jumlahkan berat setiap lapisan tanah di atas X. Di atas muka air tanah gunakan berat isi kering, di bawahnya berat isi jenuh.
σ = γd·1 + γsat,sand·2 + γsat,clay·2
σ = 16·1 + 18,5·2 + 17·2 = 87 kPa
Jawaban
σ = 87 kPa
15.Penurunan konsolidasi
Jawaban: S = 404 mm
Konsolidasi primer lapisan lempung setebal H, dengan tegangan efektif di tengah lapisan: σ′f = σ′0 + Δσ. Lempung terkonsolidasi normal: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Lempung terkonsolidasi berlebih mengalami rekompresi sepanjang Cr sampai tekanan prakonsolidasi σ′p dan baru mengikuti Cc setelah melewatinya. Waktu: t = Tv·Hdr²/cv, dengan lintasan drainase Hdr sebesar H/2 bila air dapat keluar di atas dan di bawah, dan H bila hanya satu sisi yang berdrainase.
Tekanan prakonsolidasi
σ′p = OCR·σ′0 = 3·55 = 165 kPa
Bandingkan dengan tekanan prakonsolidasi
σ′f = 55 + 190 = 245 kPa > 165 kPa
Penurunan
Rekompresi sampai σ′p, kompresi murni setelahnya.
S = 0,06·6/(1 + 0,7)·log₁₀(165/55) + 0,5·6/(1 + 0,7)·log₁₀(245/165)
S = 101 + 303 = 404 mm
Jawaban
S = 404 mm
16.Penurunan konsolidasi
Jawaban: t = 92,34 hari
Konsolidasi primer lapisan lempung setebal H, dengan tegangan efektif di tengah lapisan: σ′f = σ′0 + Δσ. Lempung terkonsolidasi normal: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Lempung terkonsolidasi berlebih mengalami rekompresi sepanjang Cr sampai tekanan prakonsolidasi σ′p dan baru mengikuti Cc setelah melewatinya. Waktu: t = Tv·Hdr²/cv, dengan lintasan drainase Hdr sebesar H/2 bila air dapat keluar di atas dan di bawah, dan H bila hanya satu sisi yang berdrainase.
Lintasan drainase
Hdr,lab = 19/2 = 9,5 mm = 0,0095 m
Hdr,field = 2/2 = 1 m
Skalakan waktunya
t = Tv·Hdr²/cv dengan T_v dan cv yang sama di laboratorium dan di lapangan.
tfield = 12·(1/0,0095)² = 132964 min
tfield = 132964/1440 = 92,34 hari
Jawaban
t = 92,34 hari
17.Gaya hidrostatis
Jawaban: F = 19,62 kN
Gaya hidrostatis pada permukaan datar: F = ρ·g·yc·A. Gaya bekerja di pusat tekanan, ycp = yc + Ic/(ycA), yang selalu berada di bawah titik berat.
Kedalaman titik berat dan luas
yc = d + H/2 = 0,5 + 1/2 = 1 m
A = H·b = 1·2 = 2 m²
Gaya resultan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·1·2 = 19,62 kN
Jawaban
F = 19,62 kN
18.Gaya hidrostatis
Jawaban: ycp = 3,524 m
Gaya hidrostatis pada permukaan datar: F = ρ·g·yc·A. Gaya bekerja di pusat tekanan, ycp = yc + Ic/(ycA), yang selalu berada di bawah titik berat.
Kedalaman titik berat dan luas
yc = d + H/2 = 3 + 1/2 = 3,5 m
A = H·b = 1·1 = 1 m²
Gaya resultan
F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·3,5·1 = 30,21 kN
Pusat tekanan
Tekanan bertambah dengan kedalaman, jadi resultan bekerja di bawah titik berat.
Aliran pipa: bilangan Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ membedakan aliran laminar (Re di bawah sekitar 2000) dari aliran turbulen (di atas sekitar 4000). Gesekan sepanjang pipa menyebabkan kehilangan head Darcy–Weisbach hf = f·(L/D)·V²/(2g). Sambungan, katup, lubang masuk, dan lubang keluar menambah kerugian minor hm = ΣK·V²/(2g). Di antara dua permukaan reservoir terbuka, persamaan energi memberikan Δz = hf + hm, termasuk kerugian keluar K = 1.
Kehilangan head
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,018·(100/0,25)·2,8²/(2·9,81) = 2,877 m
Penurunan tekanan
Pipa horizontal dan kecepatannya tidak berubah, sehingga persamaan energi menjadi Δp = ρ·g·hf.
Aliran pipa: bilangan Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ membedakan aliran laminar (Re di bawah sekitar 2000) dari aliran turbulen (di atas sekitar 4000). Gesekan sepanjang pipa menyebabkan kehilangan head Darcy–Weisbach hf = f·(L/D)·V²/(2g). Sambungan, katup, lubang masuk, dan lubang keluar menambah kerugian minor hm = ΣK·V²/(2g). Di antara dua permukaan reservoir terbuka, persamaan energi memberikan Δz = hf + hm, termasuk kerugian keluar K = 1.
Koefisien kerugian
f·L/D = 0,025·100/0,15 = 16,67
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 5 + 1,0 = 7,1
Persamaan energi
Kedua permukaan terbuka ke udara dan praktis diam, sehingga seluruh Δz hilang di dalam pipa.
Persamaan Manning (SI): untuk aliran seragam di saluran terbuka V = (1/n)·R2/3·S1/2 dan Q = A·V, dengan n koefisien kekasaran, S kemiringan dasar (m/m), dan R = A/P jari-jari hidrolik: luas aliran dibagi keliling basah. Hanya batas yang bersentuhan dengan air yang dihitung dalam P, bukan permukaan bebas. Persegi panjang: A = b·y, P = b + 2y. Trapesium dengan kemiringan sisi z:1 (horizontal:vertikal): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Pipa bulat yang mengalir penuh atau setengah penuh memiliki R = D/4.
Geometri
A = (b + z·y)·y = (6 + 1,5·1,1)·1,1 = 8,415 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 6 + 2·1,1·√(1 + 1,5²) = 9,966 m
R = A/P = 0,8444 m
Kecepatan
V = (1/0,014)·0,84442/3·0,0041/2 = 4,036 m/s
Debit
Q = A·V = 8,415·4,036 = 33,96 m³/s
Jawaban
Q = 33,96 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawaban: S = 0,005343 m/m
Persamaan Manning (SI): untuk aliran seragam di saluran terbuka V = (1/n)·R2/3·S1/2 dan Q = A·V, dengan n koefisien kekasaran, S kemiringan dasar (m/m), dan R = A/P jari-jari hidrolik: luas aliran dibagi keliling basah. Hanya batas yang bersentuhan dengan air yang dihitung dalam P, bukan permukaan bebas. Persegi panjang: A = b·y, P = b + 2y. Trapesium dengan kemiringan sisi z:1 (horizontal:vertikal): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Pipa bulat yang mengalir penuh atau setengah penuh memiliki R = D/4.
Jari-jari hidrolik
R = D/4 = 0,3/4 = 0,075 m
Selesaikan Manning untuk S
S = (n·V/R2/3)² = (0,013·1/0,1778)² = 0,005343
Jawaban
S = 0,005343
Itu penurunan 5,343 m per kilometer.
23.Pompa & daya pompa
Jawaban: Pel = 17,95 kW
Daya pompa: daya yang diberikan kepada air adalah daya hidrolik Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Poros harus menyalurkan lebih banyak karena pompa mengalami rugi: Pshaft = Ph/ηpump, dan motor menarik Pel = Pshaft/ηmotor. Head pompa H diperoleh dari persamaan energi: tinggi angkat statis + head tekanan + semua kerugian gesekan dan minor.
Daya hidrolik
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,03·46 = 13,54 kW
Daya poros
Pshaft = 13,54/0,82 = 16,51 kW
Daya listrik
Pel = 16,51/0,92 = 17,95 kW
Jawaban
Pel = 17,95 kW
24.Pompa & daya pompa
Jawaban: H = 47 m
Daya pompa: daya yang diberikan kepada air adalah daya hidrolik Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Poros harus menyalurkan lebih banyak karena pompa mengalami rugi: Pshaft = Ph/ηpump, dan motor menarik Pel = Pshaft/ηmotor. Head pompa H diperoleh dari persamaan energi: tinggi angkat statis + head tekanan + semua kerugian gesekan dan minor.
Kedua permukaan praktis diam, sehingga tidak ada suku head kecepatan.
H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 12 + 30,58 + 4,415 = 47 m
Jawaban
H = 47 m
25.Nilai waktu uang
Jawaban: FV = 6640 €
Nilai waktu uang: uang hari ini lebih berharga daripada jumlah yang sama nanti, karena dapat menghasilkan bunga. Dengan suku bunga i per periode, jumlah uang tumbuh menjadi FV = PV·(1 + i)n. Rangkaian pembayaran yang sama (anuitas) dinilai dengan menjumlahkan setiap pembayaran, sehingga diperoleh rumus anuitas.
Eksponen
r·t = 0,06·20 = 1,2
e1,2 = 3,32
Nilai masa depan
FV = 2 000·3,32 = €6 640,23
Jawaban
FV = €6 640,23
26.Nilai waktu uang
Jawaban: FV = 56743 €
Nilai waktu uang: uang hari ini lebih berharga daripada jumlah yang sama nanti, karena dapat menghasilkan bunga. Dengan suku bunga i per periode, jumlah uang tumbuh menjadi FV = PV·(1 + i)n. Rangkaian pembayaran yang sama (anuitas) dinilai dengan menjumlahkan setiap pembayaran, sehingga diperoleh rumus anuitas.
Nilai sekarang bersih: diskontokan setiap arus kas ke hari ini dengan tingkat pengembalian yang disyaratkan r, lalu jumlahkan: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Proyek dengan NPV > 0 menghasilkan lebih dari r dan menambah nilai. Tingkat pengembalian internal (IRR) adalah tingkat yang membuat NPV = 0.
Nilai sekarang setiap arus kas
CF0 = −45 000
CF1/(1 + 0,12)1 = 12 000/1,12 = 10 714,29
CF2/(1 + 0,12)2 = 17 000/1,254 = 13 552,30
CF3/(1 + 0,12)3 = 17 000/1,405 = 12 100,26
CF4/(1 + 0,12)4 = 17 000/1,574 = 10 803,81
Jumlahkan
NPV = €2 170,65
Jawaban
NPV = €2 170,65
NPV positif, jadi proyek menghasilkan lebih dari pengembalian yang disyaratkan.
28.NPV & IRR
Jawaban: IRR = 38,67 %
Nilai sekarang bersih: diskontokan setiap arus kas ke hari ini dengan tingkat pengembalian yang disyaratkan r, lalu jumlahkan: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Proyek dengan NPV > 0 menghasilkan lebih dari r dan menambah nilai. Tingkat pengembalian internal (IRR) adalah tingkat yang membuat NPV = 0.
Apit IRR dari dua sisi
NPV turun saat tingkat naik, jadi IRR terletak di antara tingkat dengan NPV positif dan tingkat dengan NPV negatif.
NPV(35%) = 510,59
NPV(40%) = −174,93
Persempit
Interpolasi linear memberi perkiraan awal; mengulanginya (atau fungsi IRR kalkulator) memberi tingkat yang tepat.
IRR ≈ 35 + 5·510,59/(510,59 − (−174,93)) = 38,72%
tepat: NPV(38,67%) = 0 → IRR = 38,67%
Jawaban
IRR = 38,67%
29.Distribusi normal
Jawaban: z = 0,67
Dari luas kembali ke z: Φ(z) adalah luas di sebelah kiri z. Untuk luas ekor kiri A, cari z dengan Φ(z) = A dalam tabel. Luas ekor kanan A berarti Φ(z) = 1 − A. Luas tengah A di antara −z dan z menyisakan (1 − A)/2 pada setiap ekor, sehingga Φ(z) = (1 + A)/2. Untuk nilai x, pakai x = μ + zσ.
Luas di sebelah kiri z
Φ(z) = (1 + 0,4971)/2 = 0,7486
Baca tabel z secara terbalik
Cari 0,7486 di dalam tabel dan baca z.
z = 0,67
Jawaban
z = 0,67
30.Distribusi normal
Jawaban: x = 254,2 g
Distribusi normal: ubah nilai x menjadi skor z, z = (x − μ)/σ, yang menghitung berapa simpangan baku dari rata-rata. Tabel z (atau Φ(z)) memberikan luas di sebelah kiri z, yaitu P(X < x). Luas di sebelah kanan adalah 1 − Φ(z), dan luas di antara dua nilai adalah selisih kedua luasnya.
z untuk persentil
Φ(z) = 0,8 → z = 0,8416
Kembali ke x
x = 250 + 0,8416·5 = 254,21 g
Jawaban
x = 254,21 g
Ini adalah materi latihan independen. ExamProblems tidak berafiliasi dengan atau didukung oleh organisasi penyelenggara ujian ini, dan nama ujian hanya digunakan untuk menggambarkan isinya. FE exam diselenggarakan oleh NCEES, yang tidak berafiliasi dengan ExamProblems dan tidak mendukungnya.