Rasuk disokong mudah itu membawa sepasang daya ikut arah jam M0 = 45 kN·m pada x = 2.5 m dari A, dan tiada beban lain. Cari momen lentur Mx sejurus di sebelah kanan pasangan daya itu. Gunakan momen sagging sebagai positif dan daya ricih ke atas pada muka kiri sebagai positif.
L = 5 mM0 = 45 kN·m ikut arah jam, pada 2.5 m
Mx = kN·m
6.Daya ricih & momen lenturSukar
Tanda A hingga G membahagikan rasuk kepada enam bahagian yang sama. Pada tanda manakah momen lentur terbesar dari segi saiz, melendut (sagging) atau menjungkit (hogging)? Klik padanya dalam rajah.
35 kN @ 0 m20 kN @ 12 m20 kN @ 4 m5 kN/m, 2–10 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)
7.Pesongan rasukSederhana
Satu rasuk disokong mudah membawa beban teragih seragam w sepanjang seluruh rentangnya. Cari pesongan maksimum δmax, pada pertengahan rentang.
w = 5 kN/mL = 3 mE = 70 GPa (aluminium)I = 8.5 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Pesongan rasukSukar
Rasuk kayu disokong mudah berkeratan segi empat tepat, selebar 75 mm, membawa beban teragih seragam w sepanjang keseluruhan rentangnya. Pesongan tengah rentangnya tidak boleh melebihi rentang/250. Cari kedalaman terkecil hreq bagi keratan itu.
w = 3 kN/mL = 3 mE = 11 GPa (kayu balak)b = 75 mm
hreq = mm
9.Lengkokan tiangSederhana
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada aluminium dan tetap pada kedua-dua hujung. Dengan formula Euler, cari beban lengkokan kritikal Pcrnya.
L = 1.5 mE = 70 GPa (aluminium)d = 30 mm
Pcr = kN
10.Lengkokan tiangSukar
Satu tiang bulat pejal sepanjang L diperbuat daripada keluli dan dengan pangkal tetap dan bahagian atas bebas. Ia mesti menanggung 55 kN dengan faktor keselamatan 2 terhadap lengkokan. Cari diameter terkecil d.
P = 55 kNn = 2L = 1 mE = 200 GPa (keluli)
d = mm
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
Tiub bulat mempunyai diameter luar D = 70 mm dan diameter dalam d = 38 mm. Cari jejari legaran r pada paksi sentroid mengufuk.
D = 70 mmd = 38 mm
r = mm
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
Rasuk besi tuang mempunyai keratan T seperti yang ditunjukkan, dengan bebibir di atas. Tegasan yang dibenarkan ialah 30 MPa dalam tegangan dan 90 MPa dalam mampatan. Cari momen lentur hogging terbesar Mallow yang boleh ditanggung oleh rasuk (berikan magnitudnya).
Satu lapisan lempung terkukuh lebih setebal 3.5 m mempunyai Cc = 0.2, Cr = 0.05 dan e₀ = 1.05. Pada kedalaman tengahnya tegasan berkesan menegak ialah 105 kPa dan tekanan prapengukuhan ialah 225 kPa. Sebuah bangunan baharu menambah 190 kPa tegasan menegak pada kedalaman tengah. Cari enapan pengukuhan primer S dalam mm.
Satu lapisan lempung setebal 10 m mempunyai pekali pengukuhan cv = 0.8 m²/tahun. Ia terletak di antara dua lapisan pasir, jadi air mengalir keluar di atas dan di bawah. Bagi pengukuhan purata 80% faktor masa ialah Tv = 0.567. Berapa tahun t yang diambil oleh lapisan itu untuk mencapai 80% pengukuhan?
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 2 m terletak pada dinding tangki air, dengan tepi atasnya 1.5 m di bawah permukaan. Cari daya hidrostatik paduan F pada pintu air itu.
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 1 m terletak pada dinding tangki minyak, dengan tepi atasnya 1 m di bawah permukaan. Cari kedalaman ycp pusat tekanan di bawah permukaan.
d = 1 mH = 3 mb = 1 mρ = 880 kg/m³g = 9.81 m/s²
ycp = m
19.Geseran paip & kehilangan turusSederhana
Air (ρ = 1000 kg/m³) mengalir pada 1.7 m/s melalui paip mengufuk sepanjang 50 m dengan diameter dalam 250 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.02 dan g = 9.81 m/s². Cari susutan tekanan Δp sepanjang paip dalam kPa.
Satu paip sepanjang 300 m dengan diameter dalam 250 mm (faktor geseran Darcy f = 0.02) bermula dari takungan terbuka dan mengalir keluar sebagai pancutan bebas ke udara. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 4 lengkuk (K = 0.3 setiap satu) dan injap (K = 2). Gunakan g = 9.81 m/s². Seberapa tinggi H permukaan takungan mesti berada di atas keluaran paip untuk kadar alir 60 L/s?
Satu saluran kerja bata segi empat tepat selebar 5 m. Air mengalir secara seragam sedalam 1.1 m. n Manning = 0.015 dan cerun dasar ialah S = 0.0008. Cari kadar alir Q dalam m³/s.
b = 5 my = 1.1 mn = 0.015S = 0.0008
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sukar
Satu pembetung konkrit dengan diameter dalam 450 mm (n Manning = 0.013) mesti mencapai halaju pembersihan sendiri 0.75 m/s apabila mengalir tepat penuh. Cari cerun minimum S (dalam m/m).
D = 450 mmn = 0.013V = 0.75 m/s
S = m/m
23.Pam & kuasa pamSederhana
Satu pam menghantar 30 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 36 m. Kecekapan pam ialah 72% dan motor elektrik yang memacunya mempunyai kecekapan 95%. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa elektrik Pel yang diambil oleh motor, dalam kW.
Satu pam memindahkan 120 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari takungan bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 22 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 400 m dengan diameter dalam 250 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.025; jumlah pekali kehilangan kecil ialah ΣK = 6 (masukan dan keluaran disertakan). Gunakan g = 9.81 m/s². Kecekapan pam ialah 70%. Cari kuasa aci Pshaft dalam kW.
Kad kredit mengenakan kadar faedah nominal 24% setahun, dimajmukkan setengah tahunan. Cari kadar tahunan berkesan EAR dalam peratus.
r = 24%m = 2
EAR = %
26.Nilai masa wangSukar
Pinjaman €25 000 dibayar balik dengan bayaran bulanan yang sama sepanjang 5 tahun pada 5.4% setahun, dimajmukkan setiap bulan. Berapakah jumlah faedah I yang dibayar sepanjang hayat pinjaman?
P = €25 0005.4% / 12N = 60
I = €
27.NPV & IRRSederhana
Sebuah projek berkos €500 000 hari ini. Ia menjana €48 000 pada hujung tahun pertama, dan aliran tunai kemudian bertumbuh 1% setahun selama-lamanya. Kos modal ialah 9%. Cari nilai kini bersih NPV.
C0 = €500 000CF1 = €48 000g = 1%r = 9%
NPV = €
28.NPV & IRRSukar
Satu projek berkos €10 000 dan memberi pulangan €4 000, €4 000, €5 000 pada akhir tahun 1 hingga 3. Cari kadar pulangan dalamannya IRR dalam peratus.
CF0 = −10 000CF1 = 4 000CF2 = 4 000CF3 = 5 000
IRR = %
29.Taburan normalSederhana
Jisim bolt adalah tak bersandar dan normal dengan min 40 g dan sisihan piawai 1.2 g. Cari kebarangkalian P bahawa jumlah jisim 6 daripadanya di bawah 241.5 g. Bundarkan z kepada dua tempat perpuluhan.
μ = 40 gσ = 1.2 gn = 6< 241.5 g
P =
30.Taburan normalSukar
berat beg bertaburan normal dengan min 250 g dan sisihan piawai 5 g. Seret titik pemotong supaya 85% teratas yang berlorek berada di sebelah kanannya. Cari titik pemotong x.
μ = 250 gσ = 5 g85%
x = g
3Larutan
1.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RB = 31.5 kN
Keseimbangan statik: jasad yang pegun mempunyai ΣFx = 0, ΣFy = 0 dan ΣM = 0 pada sebarang titik. Mengambil momen pada satu penyokong menyingkirkan tindak balas penyokong itu daripada persamaan.
Gambar rajah jasad bebas
Gantikan penyokong dengan daya tindak balas. Penggelek memberikan satu tindak balas tegak; dengan beban tegak sahaja, pin juga memberikan satu tindak balas tegak.
Keseimbangan
Momen pada A, lawan arah jam positif. Kemudian keseimbangan daya tegak.
ΣMA = 0: RB·10 = 45·5 + 15·6
RB = 315/10 = 31.5 kN
ΣFy = 0: RA = 60 − 31.5 = 28.5 kN
Jawapan
RB = 31.5 kN
2.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RA = 69.5 kN
Keseimbangan statik: jasad yang pegun mempunyai ΣFx = 0, ΣFy = 0 dan ΣM = 0 pada sebarang titik. Mengambil momen pada satu penyokong menyingkirkan tindak balas penyokong itu daripada persamaan.
Gambar rajah jasad bebas
Gantikan penyokong dengan daya tindak balas. Penggelek memberikan satu tindak balas tegak; dengan beban tegak sahaja, pin juga memberikan satu tindak balas tegak.
Keseimbangan
Momen pada A, lawan arah jam positif. Kemudian keseimbangan daya tegak.
Paduan UDL: W = w·ℓ = 8·8 = 64 kN, bertindak pada x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 50·2 + 8·8·4
RB = 356/8 = 44.5 kN
ΣFy = 0: RA = 114 − 44.5 = 69.5 kN
Jawapan
RA = 69.5 kN
3.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: FAC = 20 kN
Kaedah sambungan: setiap pin kekuda berada dalam keseimbangan, jadi ΣFx = 0 dan ΣFy = 0 pada setiap sambungan. Mulakan pada sambungan dengan paling banyak dua daya anggota yang tidak diketahui. Hasil negatif bermaksud anggota berada dalam mampatan.
Tindak balas penyokong
Keseimbangan seluruh kekuda. Momen pada A, lawan arah jam positif.
ΣMA = 0: Cy·5 = 50·2 → Cy = 20 kN
ΣFy = 0: Ay = 50 − 20 = 30 kN
Sambungan C
Penggelek hanya memberikan tindak balas tegak, jadi sambungan C hanya mempunyai dua daya anggota yang tidak diketahui. Andaikan kedua-duanya dalam tegangan.
sin γ = 3/4.243 = 0.7071, cos γ = 3/4.243 = 0.7071
Anggota daya sifar: pada sendi, daya mesti seimbang dalam setiap arah. Jika sendi tidak mempunyai beban dan tiada penyokong, dan dua daripada tiga anggotanya segaris, maka imbangan merentasi garisan itu hanya melibatkan anggota ketiga, jadi dayanya sifar. Jika hanya dua anggota bertemu pada sendi tanpa beban dan keduanya tidak segaris, kedua-duanya sifar.
Sendi G
FG dan GH terletak pada satu garis lurus dan sendi tidak membawa beban. Mengimbangkan daya merentasi garisan itu meninggalkan hanya CG.
ΣF⊥ = 0 → FCG = 0
Semak dengan kaedah sendi
Menyelesaikan semua sendi memberikan daya anggota ini (T = tegangan, C = mampatan).
Kaedah keratan: potong rasuk di tempat yang anda mahu mencari daya dalaman dan simpan satu sebelah. Daya ricih V mengimbangi daya tegak pada sebelah itu, dan momen lentur M mengimbangi momennya pada potongan. Pasangan daya yang dikenakan menyebabkan gambar rajah momen lentur melompat sebanyak magnitud pasangan daya itu.
Tindak balas penyokong
Momen pada A, lawan arah jam positif: RB·L − M0 = 0. Keseimbangan menegak: RA + RB = 0.
RB = M0/L = 45/5 = 9 kN (ke atas)
RA = −RB = −9 kN (ke bawah)
Keratan sejurus di sebelah kanan pasangan daya
Bahagian kiri kini mengandungi RA dan pasangan daya.
Mx = RA·a + M0 = −9·2.5 + 45 = 22.5 kN·m
Jawapan
Mx = 22.5 kN·m
6.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: B (x = 2 m)
Momen lentur terbesar: M berubah kecerunan di mana sahaja daya ricih berubah, jadi puncaknya terletak di mana daya ricih melintasi sifar: di bawah beban titik, di dalam beban teragih, atau di atas penyokong bagi juluran. Pada penyokong tetap kantilever, momen adalah terbesar di dinding. Bandingkan saiz M di tempat-tempat itu, melendut (sagging) atau menjungkit (hogging).
Tindak balas penyokong
Ambil momen pada satu penyokong, kemudian gunakan imbangan daya mencancang.
R1 = 73.75 kN, R2 = 41.25 kN
Momen lentur pada setiap tanda
Jumlahkan momen semua daya di satu sebelah potongan. Melendut (sagging) ialah positif, menjungkit (hogging) negatif.
MA = 0, MB = −70 kN·m, MC = −2.5, MD = 5, ME = −7.5, MF = −40, MG = 0
Jawapan
Tanda B: MB = −70 kN·m
7.Pesongan rasuk
Jawapan: δmax = 8.863 mm
Pesongan rasuk: pesongan diperoleh daripada pengamiran kelengkungan M/(EI) dua kali. Kes piawai telah dijadualkan, contohnya PL³/(3EI) bagi julur dengan beban hujung dan 5wL⁴/(384EI) bagi rasuk disokong mudah di bawah beban seragam penuh. Pesongan daripada beban yang berasingan ditambah (superposisi).
Unit yang konsisten
Bekerja 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 = 5 N/mm, L = 3000 mm
EI = 5.95 × 10¹¹ N·mm²
Pesongan
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·5·3000⁴/(384·5.95 × 10¹¹) = 8.863 mm
Jawapan
δmax = 8.863 mm
8.Pesongan rasuk
Jawapan: hreq = 156.5 mm
Pesongan rasuk: pesongan diperoleh daripada pengamiran kelengkungan M/(EI) dua kali. Kes piawai telah dijadualkan, contohnya PL³/(3EI) bagi julur dengan beban hujung dan 5wL⁴/(384EI) bagi rasuk disokong mudah di bawah beban seragam penuh. Pesongan daripada beban yang berasingan ditambah (superposisi).
Unit yang konsisten
Bekerja 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.
bh³/12 = Ireq → h = (12·2.397 × 10⁷/75)1/3 = 156.5 mm
Jawapan
hreq = 156.5 mm
Dalam amalan, pilih kedalaman piawai seterusnya di atas nilai ini.
9.Lengkokan tiang
Jawapan: Pcr = 48.83 kN
Lengkokan Euler: tiang langsing menjadi tidak stabil pada Pcr = π²EI/(KL)², dengan KL ialah panjang berkesan: K = 1 bagi pin–pin, 2 bagi tetap–bebas, 0.7 bagi tetap–pin dan 0.5 bagi tetap–tetap. Ia melengkok pada paksi yang mempunyai I terkecil. Formula ini sah bagi tiang langsing, yang tegasan kritikalnya kekal di bawah tegasan alah.
Momen luas kedua terkecil
Keratan bulat mempunyai I yang sama pada setiap paksi.
Lengkokan Euler: tiang langsing menjadi tidak stabil pada Pcr = π²EI/(KL)², dengan KL ialah panjang berkesan: K = 1 bagi pin–pin, 2 bagi tetap–bebas, 0.7 bagi tetap–pin dan 0.5 bagi tetap–tetap. Ia melengkok pada paksi yang mempunyai I terkecil. Formula ini sah bagi tiang langsing, yang tegasan kritikalnya kekal di bawah tegasan alah.
Beban kritikal yang diperlukan
Pcr = n·P = 2·55000 = 110000 N
KL = 2·1000 = 2000 mm
Selesaikan untuk diameter
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·110000·2000²/(π³·200000))^(1/4) = 46.16 mm
Jawapan
d = 46.16 mm
Semak: kelangsingan KL/r ialah 173.3, jadi tiang itu langsing dan Euler terpakai.
11.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: r = 19.91 mm
Momen luas kedua: bagi segi empat tepat pada paksi sentroidnya sendiri I = bh³/12, dan pada tapaknya bh³/3 (teorem paksi selari I = Ic + A·d²). Lubang dikendalikan dengan menolak I-nya, selagi kedua-dua bahagian berkongsi paksi yang sama. Modulus keratan kenyal ialah S = I/c, dengan c ialah jarak ke gentian paling luar. Jejari legaran r = √(I/A) ialah jarak di mana keseluruhan luas akan memberikan I yang sama; ia digunakan dalam lengkokan tiang.
Luas bersih dan momen luas kedua
A = π(D² − d²)/4 = 2714 mm²
I = π(D⁴ − d⁴)/64 = 1.076 × 10⁶ mm⁴
Jejari legaran
r = √(I/A) = √(1.076 × 10⁶/2714) = 19.91 mm
Jawapan
r = 19.91 mm
12.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Mallow = 42.28 kN·m
Luas gubahan: bahagikan keratan kepada segi empat tepat. Sentroid ialah purata berwajaran luas ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Momen luas kedua pada paksi sentroid menambah bh³/12 setiap bahagian dan sebutan paksi selari A·d²nya, dengan d ialah jarak dari sentroid bahagian itu ke sentroid keseluruhan. Tegasan lenturan ialah σ = M·y/I.
Hogging: bahagian atas dalam tegangan, bahagian bawah dalam mampatan.
tepi atas: M = 30·1.198 × 10⁸/75 = 47.92 kN·m
tepi bawah: M = 90·1.198 × 10⁸/255 = 42.28 kN·m
Nilai penentu
Mallow = min = 42.28 kN·m (tepi bawah)
Jawapan
Mallow = 42.28 kN·m
13.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: σ′ = 42.19 kPa
Tegasan berkesan (Terzaghi): rangka tanah menanggung σ′ = σ − u. Tegasan jumlah σ ialah berat segala-galanya di atas titik itu, Σγ·h, menggunakan berat unit kering di atas paras air bumi dan berat unit tepu di bawahnya. Di bawah paras air bumi, tekanan air liang ialah hidrostatik: u = γw·(kedalaman di bawah paras air bumi).
Tegasan jumlah
Tambah berat setiap jalur tanah di atas X. Di atas paras air bumi gunakan berat unit kering, di bawahnya berat unit tepu.
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·1 = 9.81 kPa
Tegasan berkesan
σ′ = σ − u = 52 − 9.81 = 42.19 kPa
Jawapan
σ′ = 42.19 kPa
14.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: u = 34.34 kPa
Tegasan berkesan (Terzaghi): rangka tanah menanggung σ′ = σ − u. Tegasan jumlah σ ialah berat segala-galanya di atas titik itu, Σγ·h, menggunakan berat unit kering di atas paras air bumi dan berat unit tepu di bawahnya. Di bawah paras air bumi, tekanan air liang ialah hidrostatik: u = γw·(kedalaman di bawah paras air bumi).
Tekanan air liang
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·3.5 = 34.34 kPa
Jawapan
u = 34.34 kPa
15.Enapan pengukuhan
Jawapan: S = 68.43 mm
Pengukuhan primer lapisan lempung berketebalan H, menggunakan tegasan berkesan di tengah lapisan: σ′f = σ′0 + Δσ. Lempung terkukuh secara normal: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Lempung terkukuh lebih memampat semula sepanjang Cr sehingga tekanan prapengukuhan σ′p dan hanya mengikut Cc selepas itu. Masa: t = Tv·Hdr²/cv, dengan laluan saliran Hdr ialah H/2 apabila air boleh keluar di atas dan bawah, dan H apabila hanya satu sisi yang mengalir.
Bandingkan dengan tekanan prapengukuhan
σ′f = 105 + 190 = 295 kPa > 225 kPa
Enapan
Pemampatan semula sehingga σ′p, pemampatan dara selepasnya.
S = 0.05·3.5/(1 + 1.05)·log₁₀(225/105) + 0.2·3.5/(1 + 1.05)·log₁₀(295/225)
S = 28.26 + 40.17 = 68.43 mm
Jawapan
S = 68.43 mm
16.Enapan pengukuhan
Jawapan: t = 17.72 tahun
Pengukuhan primer lapisan lempung berketebalan H, menggunakan tegasan berkesan di tengah lapisan: σ′f = σ′0 + Δσ. Lempung terkukuh secara normal: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Lempung terkukuh lebih memampat semula sepanjang Cr sehingga tekanan prapengukuhan σ′p dan hanya mengikut Cc selepas itu. Masa: t = Tv·Hdr²/cv, dengan laluan saliran Hdr ialah H/2 apabila air boleh keluar di atas dan bawah, dan H apabila hanya satu sisi yang mengalir.
Laluan saliran
Hdr = H/2 = 10/2 = 5 m
Masa
t = Tv·Hdr²/cv = 0.567·5²/0.8 = 17.72 tahun
Jawapan
t = 17.72 tahun
17.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 66.22 kN
Daya hidrostatik pada permukaan satah: F = ρ·g·yc·A. Ia bertindak pada pusat tekanan, ycp = yc + Ic/(ycA), yang sentiasa terletak di bawah sentroid.
Kedalaman sentroid dan luas
yc = d + H/2 = 1.5 + 1.5/2 = 2.25 m
A = H·b = 1.5·2 = 3 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·2.25·3 = 66.22 kN
Jawapan
F = 66.22 kN
18.Daya hidrostatik
Jawapan: ycp = 2.8 m
Daya hidrostatik pada permukaan satah: F = ρ·g·yc·A. Ia bertindak pada pusat tekanan, ycp = yc + Ic/(ycA), yang sentiasa terletak di bawah sentroid.
Kedalaman sentroid dan luas
yc = d + H/2 = 1 + 3/2 = 2.5 m
A = H·b = 3·1 = 3 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 880·9.81·2.5·3 = 64.75 kN
Pusat tekanan
Tekanan bertambah dengan kedalaman, jadi daya paduan bertindak di bawah sentroid.
Ic = b·H³/12 = 1·3³/12 = 2.25 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 2.5 + 2.25/(2.5·3) = 2.8 m
Jawapan
ycp = 2.8 m
19.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: Δp = 5.78 kPa
Aliran paip: nombor Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ membezakan aliran lamina (Re di bawah kira-kira 2000) daripada aliran gelora (di atas kira-kira 4000). Geseran sepanjang paip menyebabkan kehilangan turus Darcy–Weisbach hf = f·(L/D)·V²/(2g). Alat sambungan, injap, masukan dan keluaran menambah kehilangan kecil hm = ΣK·V²/(2g). Antara dua permukaan takungan terbuka persamaan tenaga memberikan Δz = hf + hm, dengan kehilangan keluaran K = 1 disertakan.
Kehilangan turus
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.02·(50/0.25)·1.7²/(2·9.81) = 0.5892 m
Susutan tekanan
Paip itu mengufuk dan halaju tidak berubah, jadi persamaan tenaga dipermudahkan kepada Δp = ρ·g·hf.
Aliran paip: nombor Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ membezakan aliran lamina (Re di bawah kira-kira 2000) daripada aliran gelora (di atas kira-kira 4000). Geseran sepanjang paip menyebabkan kehilangan turus Darcy–Weisbach hf = f·(L/D)·V²/(2g). Alat sambungan, injap, masukan dan keluaran menambah kehilangan kecil hm = ΣK·V²/(2g). Antara dua permukaan takungan terbuka persamaan tenaga memberikan Δz = hf + hm, dengan kehilangan keluaran K = 1 disertakan.
Halaju
V = Q/A = 0.06/0.04909 = 1.222 m/s
V²/(2g) = 0.07615 m
Pekali kehilangan
f·L/D = 0.02·300/0.25 = 24
ΣK = 0.5 + 4·0.3 + 2 = 3.7
Persamaan tenaga
Pancutan keluaran masih membawa turus halajunya; ia bukan kehilangan tetapi mesti dibekalkan.
H = (1 + 24 + 3.7)·0.07615 = 2.185 m
Jawapan
H = 2.185 m
21.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: Q = 8.666 m³/s
Persamaan Manning (SI): untuk aliran seragam dalam saluran terbuka V = (1/n)·R2/3·S1/2 dan Q = A·V, dengan n pekali kekasaran, S cerun dasar (m/m) dan R = A/P jejari hidraulik: luas aliran dibahagi perimeter basah. Hanya sempadan yang bersentuhan dengan air dikira dalam P, bukan permukaan bebas. Segi empat tepat: A = b·y, P = b + 2y. Trapezoid dengan cerun sisi z:1 (mengufuk:menegak): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Paip bulat yang mengalir penuh atau separuh penuh mempunyai R = D/4.
Geometri
A = b·y = 5·1.1 = 5.5 m²
P = b + 2y = 5 + 2·1.1 = 7.2 m
R = A/P = 0.7639 m
Halaju
V = (1/0.015)·0.76392/3·0.00081/2 = 1.576 m/s
Kadar alir
Q = A·V = 5.5·1.576 = 8.666 m³/s
Jawapan
Q = 8.666 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: S = 0.00175 m/m
Persamaan Manning (SI): untuk aliran seragam dalam saluran terbuka V = (1/n)·R2/3·S1/2 dan Q = A·V, dengan n pekali kekasaran, S cerun dasar (m/m) dan R = A/P jejari hidraulik: luas aliran dibahagi perimeter basah. Hanya sempadan yang bersentuhan dengan air dikira dalam P, bukan permukaan bebas. Segi empat tepat: A = b·y, P = b + 2y. Trapezoid dengan cerun sisi z:1 (mengufuk:menegak): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Paip bulat yang mengalir penuh atau separuh penuh mempunyai R = D/4.
Jejari hidraulik
R = D/4 = 0.45/4 = 0.1125 m
Selesaikan Manning untuk S
S = (n·V/R2/3)² = (0.013·0.75/0.233)² = 0.00175
Jawapan
S = 0.00175
Itu ialah penurunan 1.75 m setiap kilometer.
23.Pam & kuasa pam
Jawapan: Pel = 15.49 kW
Kuasa pam: kuasa yang diberikan kepada air ialah kuasa hidraulik Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Aci mesti menyalurkan lebih kerana pam kehilangan sebahagian: Pshaft = Ph/ηpump, dan motor mengambil Pel = Pshaft/ηmotor. Turus pam H diperoleh daripada persamaan tenaga: ketinggian statik + turus tekanan + semua kehilangan geseran dan kehilangan kecil.
Kuasa hidraulik
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9.81·0.03·36 = 10.59 kW
Kuasa aci
Pshaft = 10.59/0.72 = 14.72 kW
Kuasa elektrik
Pel = 14.72/0.95 = 15.49 kW
Jawapan
Pel = 15.49 kW
24.Pam & kuasa pam
Jawapan: Pshaft = 60.56 kW
Kuasa pam: kuasa yang diberikan kepada air ialah kuasa hidraulik Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Aci mesti menyalurkan lebih kerana pam kehilangan sebahagian: Pshaft = Ph/ηpump, dan motor mengambil Pel = Pshaft/ηmotor. Turus pam H diperoleh daripada persamaan tenaga: ketinggian statik + turus tekanan + semua kehilangan geseran dan kehilangan kecil.
Nilai masa wang: wang hari ini bernilai lebih daripada jumlah yang sama pada masa hadapan, kerana ia boleh memperoleh faedah. Dengan kadar faedah i bagi setiap tempoh, suatu jumlah bertambah sebagai FV = PV·(1 + i)n. Siri bayaran yang sama (anuiti) dinilai dengan menjumlahkan setiap bayaran, yang memberikan formula anuiti.
Kadar bagi setiap tempoh
r/m = 0.24/2 = 0.12
Majmukkan sepanjang satu tahun
EAR = (1 + 0.12)2 − 1 = 1.254 − 1 = 25.44%
Jawapan
EAR = 25.44%
EAR sentiasa melebihi kadar nominal apabila faedah dimajmukkan lebih daripada sekali setahun.
26.Nilai masa wang
Jawapan: I = 3583 €
Nilai masa wang: wang hari ini bernilai lebih daripada jumlah yang sama pada masa hadapan, kerana ia boleh memperoleh faedah. Dengan kadar faedah i bagi setiap tempoh, suatu jumlah bertambah sebagai FV = PV·(1 + i)n. Siri bayaran yang sama (anuiti) dinilai dengan menjumlahkan setiap bayaran, yang memberikan formula anuiti.
Bayaran bulanan
i = 0.0045, N = 60
A = 25 000·0.0045/(1 − (1 + 0.0045)−60) = €476.38
Jumlah faedah
I = N·A − P = 60·476.4 − 25 000 = €3 582.56
Jawapan
I = €3 582.56
27.NPV & IRR
Jawapan: NPV = 100000 €
Nilai kini bersih: diskaunkan setiap aliran tunai kembali ke hari ini dengan kadar pulangan yang diperlukan r, kemudian jumlahkannya: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projek dengan NPV > 0 memperoleh lebih daripada r dan menambah nilai. Kadar pulangan dalaman (IRR) ialah kadar yang menjadikan NPV = 0.
Nilai aliran tunai
PV = 48 000/(0.09 − 0.01) = 600 000.00
NPV
NPV = 600 000.00 − 500 000 = €100 000.00
Jawapan
NPV = €100 000.00
NPV positif, jadi projek itu memperoleh lebih daripada pulangan yang diperlukan.
28.NPV & IRR
Jawapan: IRR = 13.78 %
Nilai kini bersih: diskaunkan setiap aliran tunai kembali ke hari ini dengan kadar pulangan yang diperlukan r, kemudian jumlahkannya: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projek dengan NPV > 0 memperoleh lebih daripada r dan menambah nilai. Kadar pulangan dalaman (IRR) ialah kadar yang menjadikan NPV = 0.
Kurung IRR
NPV menurun apabila kadar meningkat, jadi IRR terletak antara kadar dengan NPV positif dan kadar dengan NPV negatif.
NPV(10%) = 698.72
NPV(15%) = −209.58
Sempitkan
Interpolasi linear memberikan anggaran pertama; mengulanginya (atau fungsi IRR pada kalkulator) memberikan kadar tepat.
IRR ≈ 10 + 5·698.72/(698.72 − (−209.58)) = 13.85%
tepat: NPV(13.78%) = 0 → IRR = 13.78%
Jawapan
IRR = 13.78%
29.Taburan normal
Jawapan: P = 0.695
Hasil tambah dan beza pemboleh ubah normal: jika X dan Y tak bersandar dan normal, X + Y dan X − Y juga normal. Min ditambah atau ditolak: E(X ± Y) = μX ± μY. Varians sentiasa ditambah, juga untuk beza: Var(X ± Y) = σX² + σY², jadi σ = √(σX² + σY²). Sisihan piawai tidak pernah ditambah secara langsung. Jumlah n item tak bersandar dengan taburan yang sama mempunyai min n·μ dan sisihan piawai σ·√n. Kemudian piawaikan seperti biasa: z = (x − min)/σ dan baca Φ(z).
Taburan jumlah
μT = 240 g, σT = 1.2·√6 = 2.939 g
Piawaikan
z = (241.5 − 240)/2.939 = 0.51
Kebarangkalian
P = Φ(0.51) = 0.695
Jawapan
P = 0.695
30.Taburan normal
Jawapan: x = 244.8 g
Daripada luas kembali kepada z: Φ(z) ialah luas di sebelah kiri z. Untuk luas ekor kiri A, cari z dengan Φ(z) = A dalam jadual. Luas ekor kanan A bermaksud Φ(z) = 1 − A. Luas tengah A antara −z dan z meninggalkan (1 − A)/2 dalam setiap ekor, jadi Φ(z) = (1 + A)/2. Untuk nilai x, gunakan x = μ + zσ.
Luas di sebelah kiri
Φ(z) = 0.15
z daripada jadual
z ≈ −1.04
Kembali kepada unit asal
x = 250 − 1.04·5 = 244.8 g
Jawapan
x = 244.8 g
Ini ialah bahan latihan bebas. ExamProblems tidak berafiliasi dengan atau disokong oleh organisasi yang mengendalikan peperiksaan ini, dan nama peperiksaan hanya digunakan untuk menerangkan kandungannya. FE exam dikendalikan oleh NCEES, yang tidak bergabung dengan ExamProblems dan tidak menyokongnya.