Cari gaya geser Vx pada potongan x = 6,5 m dari tumpuan A. Anggap positif momen yang membuat serat bawah tertarik dan gaya geser ke atas pada muka kiri.
L = 8 mw = 6 kN/m dari 0 sampai 8 mx = 6,5 m
Vx = kN
6.Gaya geser & momen lenturSulit
Balok bertumpu pada sendi di A dan rol di B, dan menjorok (overstek) sejauh 2 m melewati B hingga ujung bebas C. Beban merata w bekerja di sepanjang A–C. Cari jarak xc dari A ke titik balik lentur di antara tumpuan (tempat momen lentur berganti tanda).
L = 10 mw = 4 kN/m dari 0 sampai 10 mtumpuan di x = 0 dan x = 8 m
xc = m
7.Lendutan balokSedang
Balok sederhana menahan beban merata w di seluruh bentang. Cari lendutan maksimum δmax di tengah bentang.
w = 2 kN/mL = 2,5 mE = 70 GPa (aluminium)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Lendutan balokSulit
Kantilever bertopang dijepit di A dan ditumpu sederhana (ditopang) di B. Balok menahan beban terpusat P di tengah bentang. EI konstan. Cari reaksi RB di topang.
L = 3 mP = 75 kN di 1,5 m
RB = kN
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 = 50 mm
Pcr = kN
10.Tekuk kolomSulit
Kolom bulat pejal sepanjang L dari aluminium dengan tumpuan jepit di bawah dan sendi di atas. Kolom harus menahan 80 kN dengan faktor keamanan 2,5 terhadap tekuk. Cari diameter terkecil d.
P = 80 kNn = 2,5L = 4 mE = 70 GPa (aluminium)
d = mm
11.Titik berat & momen inersiaSedang
Cari momen inersia Ix penampang T terhadap sumbu horizontal x yang melalui titik beratnya.
bf = 220 mmtf = 30 mmtw = 18 mmhw = 160 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Titik berat & momen inersiaSulit
Sebuah pelat 120 mm × 200 mm memiliki potongan persegi panjang selebar 60 mm dan setinggi 20 mm, di tengah garis tengah vertikal dengan pusat 120 mm di atas dasar. Cari momen inersia luas Ix terhadap sumbu horizontal melalui titik berat.
b = 120 mmh = 200 mmpotongan: 60 × 20 mmpusat lubang: y = 120 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Tegangan efektif tanahSedang
Untuk profil tanah yang ditunjukkan, cari tegangan efektif vertikal σ′ di titik X.
Lapisan lempung terkonsolidasi berlebih setebal 8 m memiliki Cc = 0,35, Cr = 0,03, dan e₀ = 0,7. Di tengah kedalamannya tegangan vertikal efektifnya 85 kPa dan rasio konsolidasi berlebihnya OCR = 2,5. Sebuah bangunan baru menambah tegangan vertikal 80 kPa di tengah kedalaman. Cari penurunan konsolidasi primer S dalam mm.
Sebuah lapisan lempung setebal 3 m memiliki koefisien konsolidasi cv = 2,5 m²/tahun. Lapisan berada di atas batuan kedap air, dengan pasir di atasnya, sehingga air hanya terdrainase keluar di atas. Untuk konsolidasi rata-rata 70% faktor waktunya Tv = 0,403. Berapa tahun t yang diperlukan lapisan untuk mencapai konsolidasi 70%?
Pintu air persegi panjang vertikal selebar 1 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 gliserin, dengan tepi atasnya 2 m di bawah permukaan. Cari kedalaman ycp pusat tekanan di bawah permukaan.
d = 2 mH = 1 mb = 1 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Gesekan pipa & kehilangan headSedang
Air mengalir dengan debit 4 L/s melalui pipa sepanjang 300 m dengan diameter dalam 75 mm. Gunakan faktor gesekan Darcy f = 0,015 dan g = 9,81 m/s². Cari kehilangan head akibat gesekan hf.
Q = 4 L/sL = 300 mD = 75 mmf = 0,015g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Gesekan pipa & kehilangan headSulit
Dua reservoir terbuka dihubungkan oleh pipa sepanjang 300 m dengan diameter dalam 300 mm dan faktor gesekan Darcy f = 0,02. Permukaan air reservoir atas berada 6 m di atas permukaan reservoir bawah. Kerugian minornya adalah lubang masuk bersudut tajam (K = 0,5), 4 belokan (masing-masing K = 0,3), sebuah katup (K = 10), 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 halus memiliki lebar dasar 2 m dan kemiringan sisi 1:1 (horizontal:vertikal). Air mengalir seragam sedalam 1,1 m. n Manning = 0,012 dan kemiringan dasarnya S = 0,005. Cari debit Q dalam m³/s.
b = 2 my = 1,1 mz = 1n = 0,012S = 0,005
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sulit
Sebuah saluran persegi panjang pasangan bata selebar 3 m harus mengalirkan 3,3 m³/s dalam aliran seragam pada kedalaman 0,7 m. n Manning = 0,015. Cari kemiringan dasar yang diperlukan S (dalam m/m).
Q = 3,3 m³/sb = 3 my = 0,7 mn = 0,015
S = m/m
23.Pompa & daya pompaSedang
Sebuah pompa mengalirkan 15 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan head 60 m. Efisiensi pompa 60% dan motor listrik penggeraknya memiliki efisiensi 90%. Gunakan g = 9,81 m/s². Cari daya listrik Pel yang ditarik motor, dalam kW.
Sebuah pompa memindahkan 50 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari reservoir bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 13 m lebih tinggi. Pipa sepanjang 300 m dengan diameter dalam 150 mm dan faktor gesekan Darcy f = 0,018; koefisien kerugian minornya berjumlah ΣK = 5 (termasuk lubang masuk dan keluar). Gunakan g = 9,81 m/s². Efisiensi pompa 78%. Cari daya poros Pshaft dalam kW.
Anda menginvestasikan €1 000 dengan suku bunga nominal 3,6% per tahun, dimajemukkan triwulanan. Tentukan nilai FV investasi setelah 8 tahun.
PV = €1 0003,6% / 4n = 8
FV = €
26.Nilai waktu uangSulit
Pinjaman sebesar €200 000 dilunasi dengan angsuran bulanan yang sama selama 25 tahun. Suku bunganya 3% per tahun, dimajemukkan bulanan. Tentukan angsuran bulanan A.
P = €200 0003% / 12N = 300
A = €
27.NPV & IRRSedang
Sebuah mesin berharga €40 000 hari ini. Mesin menghasilkan €8 000 di akhir setiap tahun selama 7 tahun dan kemudian dapat dijual seharga €6 000. Biaya modalnya 10%. Tentukan nilai sekarang bersih NPV.
C0 = €40 000CF = €8 000S = €6 000n = 7r = 10%
NPV = €
28.NPV & IRRSulit
Sebuah proyek berbiaya €10 000 dan menghasilkan €6 500, €5 000, €6 000 di akhir tahun 1 sampai 3. Tentukan tingkat pengembalian internalnya IRR dalam persen.
CF0 = −10 000CF1 = 6 500CF2 = 5 000CF3 = 6 000
IRR = %
29.Distribusi normalSedang
Seret z sehingga luas berarsir di antara −z dan z di bawah kurva normal baku adalah 0,6923. Cari z sampai dua desimal.
A = 0,6923
z =
30.Distribusi normalSulit
Data nilai ujian berdistribusi normal dengan rata-rata 65 poin dan simpangan baku 10 poin. Tentukan nilai x yang di bawahnya terdapat 90% data (persentil ke-90).
μ = 65σ = 10P = 90%
x = poin
3Larutan
1.Reaksi tumpuan balok
Jawaban: RA = 53,75 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 = 10·1 + 60·2
RB = 130/8 = 16,25 kN
ΣFy = 0: RA = 70 − 16,25 = 53,75 kN
Jawaban
RA = 53,75 kN
2.Reaksi tumpuan balok
Jawaban: RB = 47,25 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 = 2·6 = 12 kN, bekerja di x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 55·6 + 2·6·4
RB = 378/8 = 47,25 kN
ΣFy = 0: RA = 67 − 47,25 = 19,75 kN
Jawaban
RB = 47,25 kN
3.Rangka batang: metode titik buhul
Jawaban: elemen CG
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).
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).
Metode potongan: potong balok di tempat gaya dalam yang ingin dicari dan ambil satu sisi. Gaya geser V mengimbangi gaya vertikal di sisi itu, dan momen lentur M mengimbangi momennya terhadap potongan.
Reaksi tumpuan
Kesetimbangan seluruh balok.
Resultan beban merata: W = w·ℓ = 6·8 = 48 kN, bekerja di x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 6·8·4
RB = 192/8 = 24 kN
ΣFy = 0: RA = 48 − 24 = 24 kN
Potong di x = 6,5 m dan ambil bagian kiri
Hanya gaya di kiri potongan yang diperhitungkan. Bagian beban merata bekerja sebagai satu gaya di tengah bagian itu.
V = RA − (semua beban ke bawah di kiri potongan)
Vx = 24 − 6·6,5 = −15 kN
Jawaban
Vx = −15 kN
6.Gaya geser & momen lentur
Jawaban: xc = 7,5 m
Metode potongan: potong balok di tempat gaya dalam yang ingin dicari dan ambil satu sisi. Gaya geser V mengimbangi gaya vertikal di sisi itu, dan momen lentur M mengimbangi momennya terhadap potongan. Momen maksimum: karena dM/dx = V, momen lentur mencapai puncaknya di tempat gaya geser melewati nol, baik di beban terpusat maupun di dalam beban merata.
Reaksi tumpuan
Kesetimbangan seluruh balok, termasuk beban pada overstek.
Resultan beban merata: W = w·ℓ = 4·10 = 40 kN, bekerja di x̄ = 5 m
ΣMA = 0: RB·8 = 4·10·5
RB = 200/8 = 25 kN
ΣFy = 0: RA = 40 − 25 = 15 kN
Momen nol
Di antara tumpuan, M(x) = RA·x − w·x²/2. Selain di x = 0, momen bernilai nol di x = 2RA/w.
RA·xc − w·xc²/2 = 0
xc = 2·15/4 = 7,5 m
Jawaban
xc = 7,5 m
7.Lendutan balok
Jawaban: δmax = 1,211 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 = 2 N/mm, L = 2500 mm
EI = 8,4 × 10¹¹ N·mm²
Lendutan
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·2·2500⁴/(384·8,4 × 10¹¹) = 1,211 mm
Jawaban
δmax = 1,211 mm
8.Lendutan balok
Jawaban: RB = 23,44 kN
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). Untuk balok statis tak tentu, lepaskan satu tumpuan kelebihan dan syaratkan lendutan di sana nol (kompatibilitas).
Lepaskan topang
Tanpa topang, balok adalah kantilever. Ujung bebasnya akan melendut akibat beban.
δload = P(L/2)²(3L − L/2)/(6EI) = 5PL³/(48EI)
Kompatibilitas di topang
Gaya topang RB sendiri mengangkat ujung bebas sebesar RBL³/(3EI). Topang menahan B pada lendutan nol, jadi keduanya harus saling meniadakan. EI saling menghapus.
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 = 2,5·80000 = 200000 N
KL = 0,7·4000 = 2800 mm
Selesaikan untuk diameter
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·200000·2800²/(π³·70000))^(1/4) = 82,46 mm
Jawaban
d = 82,46 mm
Periksa: kelangsingan KL/r adalah 135,8, jadi kolom langsing dan rumus Euler berlaku.
11.Titik berat & momen inersia
Jawaban: Ix = 24,73 × 10⁶ mm⁴
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 = 220·30 = 6600 mm², yf = 160 + 30/2 = 175 mm
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 = (24000·100 − 1200·120)/(24000 − 1200) = 98,95 mm
Pelat penuh terhadap ȳ
120·200³/12 + 24000·1,053² = 80,03 × 10⁶ mm⁴
Lubang terhadap ȳ
60·20³/12 + 1200·21,05² = 0,5719 × 10⁶ mm⁴
Kurangkan
Ix = 79,45 × 10⁶ mm⁴
Jawaban
Ix = 79,45 × 10⁶ mm⁴
13.Tegangan efektif tanah
Jawaban: σ′ = 72,69 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.
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah muka air tanah.
u = γw·(z − zw) = 9,81·1 = 9,81 kPa
Tegangan efektif
σ′ = σ − u = 82,5 − 9,81 = 72,69 kPa
Jawaban
σ′ = 72,69 kPa
14.Tegangan efektif tanah
Jawaban: σ′ = 99,14 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·3 + γsat,sand·2 + γsat,clay·4
σ = 15·3 + 19,5·2 + 18,5·4 = 158 kPa
Tekanan air pori
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah muka air tanah.
u = γw·(z − zw) = 9,81·6 = 58,86 kPa
Tegangan efektif
σ′ = σ − u = 158 − 58,86 = 99,14 kPa
Jawaban
σ′ = 99,14 kPa
15.Penurunan konsolidasi
Jawaban: S = 40,67 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 = 2,5·85 = 212,5 kPa
Bandingkan dengan tekanan prakonsolidasi
σ′f = 85 + 80 = 165 kPa ≤ 212,5 kPa
Penurunan
Lempung tetap berada pada garis rekompresinya.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,03·8/(1 + 0,7)·log₁₀(165/85) = 40,67 mm
Jawaban
S = 40,67 mm
16.Penurunan konsolidasi
Jawaban: t = 1,451 tahun
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 = H = 3 m
Waktu
t = Tv·Hdr²/cv = 0,403·3²/2,5 = 1,451 tahun
Jawaban
t = 1,451 tahun
17.Gaya hidrostatis
Jawaban: F = 58,86 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 + 3/2 = 2 m
A = H·b = 3·1 = 3 m²
Gaya resultan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2·3 = 58,86 kN
Jawaban
F = 58,86 kN
18.Gaya hidrostatis
Jawaban: ycp = 2,533 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 = 2 + 1/2 = 2,5 m
A = H·b = 1·1 = 1 m²
Gaya resultan
F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·2,5·1 = 30,9 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.
Kecepatan rata-rata
A = π·0,075²/4 = 0,004418 m²
V = Q/A = 0,004/0,004418 = 0,9054 m/s
Head kecepatan
V²/(2g) = 0,9054²/(2·9,81) = 0,04178 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,015·(300/0,075)·0,9054²/(2·9,81) = 2,507 m
Jawaban
hf = 2,507 m
20.Gesekan pipa & kehilangan head
Jawaban: Q = 134,1 L/s
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 = 0,02·300/0,3 = 20
ΣK = 0,5 + 4·0,3 + 10 + 1,0 = 12,7
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 = (2 + 1·1,1)·1,1 = 3,41 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2 + 2·1,1·√(1 + 1²) = 5,111 m
R = A/P = 0,6672 m
Kecepatan
V = (1/0,012)·0,66722/3·0,0051/2 = 4,499 m/s
Debit
Q = A·V = 3,41·4,499 = 15,34 m³/s
Jawaban
Q = 15,34 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawaban: S = 0,00149 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.
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 = 1000·9,81·0,015·60 = 8,829 kW
Daya poros
Pshaft = 8,829/0,6 = 14,72 kW
Daya listrik
Pel = 14,72/0,9 = 16,35 kW
Jawaban
Pel = 16,35 kW
24.Pompa & daya pompa
Jawaban: Pshaft = 18,7 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.
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 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.
Suku bunga bulanan dan jumlah angsuran
i = 0,03/12 = 0,0025
N = 12·25 = 300
Angsuran
Nilai sekarang dari N pembayaran yang sama A adalah A·(1 − (1 + i)⁻ᴺ)/i. Samakan dengan pinjaman dan selesaikan untuk A.
(1 + i)−N = 0,4728
A = 200 000·0,0025/(1 − 0,4728) = €948,42
Jawaban
A = €948,42
27.NPV & IRR
Jawaban: NPV = 2026 €
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 arus kas tahunan
8 000·4,868 = 38 947,35
Nilai sekarang nilai sisa
6 000/1,949 = 3 078,95
NPV
NPV = −40 000 + 38 947,35 + 3 078,95 = €2 026,30
Jawaban
NPV = €2 026,30
28.NPV & IRR
Jawaban: IRR = 34,98 %
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(30%) = 689,58
NPV(35%) = −3,05
Persempit
Interpolasi linear memberi perkiraan awal; mengulanginya (atau fungsi IRR kalkulator) memberi tingkat yang tepat.
IRR ≈ 30 + 5·689,58/(689,58 − (−3,05)) = 34,98%
tepat: NPV(34,98%) = 0 → IRR = 34,98%
Jawaban
IRR = 34,98%
29.Distribusi normal
Jawaban: z = 1,02
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 + 0,6923)/2 = 0,8461
Baca tabel z secara terbalik
Cari 0,8461 di dalam tabel dan baca z.
z = 1,02
Jawaban
z = 1,02
30.Distribusi normal
Jawaban: x = 77,82 poin
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) = 0,9 → z = 1,282
Kembali ke x
x = 65 + 1,282·10 = 77,82 poin
Jawaban
x = 77,82 poin
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.