Przygotowanie do egzaminu FE Civil: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 30 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadaniaWróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Reakcje podpór belek

Równowaga
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Obciążenie równomierne
wypadkowa w·L w środku obciążenia
Moment
M = F·d

Metoda

  1. Narysuj schemat sił i zastąp każdą podporę jej reakcjami.
  2. Zastąp każde obciążenie ciągłe jedną siłą przyłożoną w jego środku ciężkości.
  3. Napisz równanie momentów względem jednej podpory, aby wyznaczyć reakcję w drugiej.
  4. Z ΣFy = 0 wyznacz pozostałą reakcję i sprawdź drugim równaniem momentów.

Kratownica: równoważenie węzłów

Metoda równoważenia węzłów
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Metoda przekrojów
ΣM = 0 about a cut point
Siła w pręcie
dodatnia = rozciąganie, ujemna = ściskanie

Metoda

  1. Wyznacz reakcje podpór całej kratownicy.
  2. Metoda równoważenia węzłów: zacznij od węzła z co najwyżej dwiema nieznanymi siłami w prętach i użyj ΣFx = 0 oraz ΣFy = 0.
  3. Metoda Rittera (przekrojów): przetnij potrzebny pręt i napisz równanie momentów względem punktu, w którym przecinają się pozostałe nieznane pręty.
  4. Załóż rozciąganie; wynik ujemny oznacza ściskanie.

Siła tnąca i moment zginający

Siła tnąca i moment
V = ΣF po jednej stronie, M = ΣF·d po jednej stronie
Naprężenie od zginania
σ = M·y/I
Prostokąt
I = bh³/12
Wskaźnik wytrzymałości przekroju
W = I/ymax
Swobodnie podparta, obciążenie równomierne
Mmax = wL²/8

Metoda

  1. Wyznacz reakcje podpór z równowagi całej belki.
  2. Przetnij belkę w potrzebnym przekroju i zostaw jedną stronę.
  3. Siła tnąca: suma sił pionowych po tej stronie. Moment zginający: suma ich momentów względem przekroju.
  4. Aby znaleźć moment maksymalny, wyznacz miejsce, w którym siła tnąca jest równa zeru.

Ugięcie belki

Siła skupiona w środku rozpiętości
δ = PL³/(48EI)
Obciążenie równomierne, belka swobodnie podparta
δ = 5wL⁴/(384EI)
Wspornik, siła na końcu
δ = PL³/(3EI)
Wspornik, obciążenie równomierne
δ = wL⁴/(8EI)
Superpozycja
δ = δ1 + δ2

Wyboczenie słupów

Siła krytyczna Eulera
Pcr = π²EI/(KL)²
Współczynnik długości wyboczeniowej
K = 1 przegub–przegub, 0,5 utwierdzenie–utwierdzenie, 0,7 utwierdzenie–przegub, 2 utwierdzenie–wolny koniec
Naprężenie krytyczne
σcr = Pcr/A
Smukłość
λ = KL/r, r = √(I/A)

Środek ciężkości i moment bezwładności

Środek ciężkości
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
Prostokąt
I = bh³/12
Twierdzenie Steinera
I = Ic + A·d²
Przekrój złożony
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

Naprężenie efektywne w gruncie

Naprężenie całkowite
σ = Σγi·hi
Ciśnienie wody w porach
u = γw·(z − zw)
Naprężenie efektywne
σ′ = σ − u
Woda
γw = 9,81 kN/m³

Osiadanie konsolidacyjne

Normalnie skonsolidowany
S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Naprężenie końcowe
σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
Prekonsolidowany, σ′f ≤ σ′p
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Prekonsolidowany, σ′f > σ′p
S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
Wskaźnik prekonsolidacji
OCR = σ′p/σ′0
Czas konsolidacji
t = Tv·Hdr²/cv
Droga filtracji
Hdr = H/2 (drenaż dwustronny), H (drenaż jednostronny)
Czynniki czasu
U 50% → 0,197, 60% → 0,287, 70% → 0,403, 80% → 0,567, 90% → 0,848

Parcie hydrostatyczne

Ciśnienie na głębokości
p = ρgh
Parcie na ścianę pionową
F = ρg·hc·A
Środek parcia
yp = yc + Ic/(ycA)
Prostokąt
Ic = bH³/12

Tarcie w rurach i straty wysokości

Liczba Reynoldsa
Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
Charakter przepływu
laminarny poniżej Re ≈ 2000, turbulentny powyżej Re ≈ 4000
Prędkość średnia
V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
Straty miejscowe
hm = ΣK·V²/(2g)
Typowe wartości K
wlot 0,5, wylot 1,0, kolano 90° ≈ 0,3
Spadek ciśnienia
Δp = ρ·g·hf
Dwa otwarte zbiorniki
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Swobodny wypływ
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Wzór Manninga
V = (1/n)·R2/3·S1/2
Natężenie przepływu
Q = A·V
Promień hydrauliczny
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
Prostokąt
A = b·y, P = b + 2y
Trapez (nachylenie skarp z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
Rura kołowa, pełna lub w połowie wypełniona
R = D/4
Wymagany spadek
S = (n·Q/(A·R2/3))²

Pompy i moc pomp

Moc hydrauliczna
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Moc na wale
Pshaft = Ph/ηpump
Moc elektryczna
Pel = Pshaft/ηmotor
Wysokość podnoszenia pompy
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
Straty w instalacji
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Wartość pieniądza w czasie

Wartość przyszła
FV = PV·(1 + i)n
Wartość bieżąca
PV = FV/(1 + i)n
Kilka okresów w roku
i = r/m, N = m·n
Renta, wartość bieżąca
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Renta, wartość przyszła
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

Metoda

  1. Narysuj oś czasu z każdym przepływem pieniężnym i jego terminem.
  2. Dopasuj stopę do okresu: miesięczna stopa dla miesięcznych płatności.
  3. Użyj FV = PV·(1 + i)ⁿ dla pojedynczych kwot i wzorów na rentę dla równych płatności.
  4. Sprawdź znak i rząd wielkości odpowiedzi.

NPV i IRR

Wartość bieżąca netto
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Równe przepływy pieniężne
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
Wewnętrzna stopa zwrotu
r, przy którym NPV = 0
Decyzja
przyjmij, gdy NPV > 0 (lub IRR > wymagana stopa zwrotu)

Metoda

  1. Wypisz wszystkie przepływy pieniężne z ich rokiem; inwestycja w roku 0 jest ujemna.
  2. Zdyskontuj każdy przepływ: CFt/(1 + r)t.
  3. Zsumuj je, aby otrzymać NPV. Wartość dodatnia oznacza, że projekt zarabia więcej niż r.
  4. Dla IRR znajdź stopę, przy której NPV jest równe zeru, metodą prób lub interpolacji.

Rozkład normalny

Wynik z
z = (x − μ)/σ
Poniżej x
P(X < x) = Φ(z)
Powyżej x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Pomiędzy
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentyl
x = μ + z·σ

Metoda

  1. Zamień wartość na wynik standaryzowany: z = (x − μ)/σ.
  2. Odczytaj Φ(z), pole na lewo od z.
  3. Dla pola na prawo użyj 1 − Φ(z); dla przedziału odejmij dwa pola lewostronne.
  4. Dla percentyla licz wstecz: wyznacz z dla pola, a potem x = μ + z·σ.

2Zadania do ćwiczenia

1.Reakcje podpór belekŚredni
P1​ = 15 kNP2​ = 15 kNABRA​ = ?RB​1 m2 m3 m

Belka swobodnie podparta ma podporę przegubową nieprzesuwną w A i przesuwną w B. Wyznacz pionową reakcję podpory RA.

L = 6 mP1 = 15 kN w 1 mP2 = 15 kN w 3 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 6 kN/mP = 15 kNABRA​ = ?RB​2 m1 m1 m

Belka swobodnie podparta ma podporę przegubową nieprzesuwną w A i przesuwną w B. Wyznacz pionową reakcję podpory RA.

L = 4 mP = 15 kN w 3 mw = 6 kN/m od 0 do 2 m
RA = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABCDEFGH35 kN30 kN10 kN4 × 4 m3 m

Dokładnie jeden pręt tej kratownicy nie przenosi siły przy tych obciążeniach. Który to pręt zerowy? Kliknij go na rysunku.

D: 35 kN ↓F: 30 kN ↓G: 10 kN ↓
  1. 1pręt AB
  2. 2pręt BC
  3. 3pręt CD
  4. 4pręt DE
  5. 5pręt FG
  6. 6pręt GH
  7. 7pręt AF
  8. 8pręt HE
  9. 9pręt BF
  10. 10pręt CG
  11. 11pręt DH
  12. 12pręt FC
  13. 13pręt HC
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABCDEFGH25 kN10 kN4 × 4 m4 m

Dokładnie jeden pręt tej kratownicy nie przenosi siły przy tych obciążeniach. Który to pręt zerowy? Kliknij go na rysunku.

D: 25 kN ↓H: 10 kN ←
  1. 1pręt AB
  2. 2pręt BC
  3. 3pręt CD
  4. 4pręt DE
  5. 5pręt FG
  6. 6pręt GH
  7. 7pręt AF
  8. 8pręt HE
  9. 9pręt BF
  10. 10pręt CG
  11. 11pręt DH
  12. 12pręt BG
  13. 13pręt DG
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
25 kN50 kNABCDEFG2 m2 m2 m2 m2 m2 m

Punkty od A do G dzielą belkę na sześć równych części. W którym punkcie moment zginający ma największą wartość bezwzględną, dodatni lub ujemny? Kliknij go na rysunku.

25 kN @ 10 m50 kN @ 4 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 2 m)
  3. 3C (x = 4 m)
  4. 4D (x = 6 m)
  5. 5E (x = 8 m)
  6. 6F (x = 10 m)
  7. 7G (x = 12 m)
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
w = 12 kN/mAB9 m1 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone na części rozpiętości. Wyznacz odległość x0 od A do przekroju, w którym moment zginający jest największy.

L = 10 mw = 12 kN/m od 0 do 9 m
x0 = m
7.Ugięcie belkiŚredni
w = 10 kN/mδL = 6 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej rozpiętości. Wyznacz maksymalne ugięcie δmax w środku rozpiętości.

w = 10 kN/mL = 6 mE = 200 GPa (stal)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 8 kN/mAB3 m

Belka jest utwierdzona w A i swobodnie podparta w B. Przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej długości. EI jest stałe. Wyznacz reakcję RB na podporze przesuwnej.

L = 3 mw = 8 kN/m
RB = kN
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 6 m40 × 80 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (aluminium) jest utwierdzony na obu końcach. Korzystając ze wzoru Eulera, wyznacz jego siłę krytyczną Pcr.

L = 6 mE = 70 GPa (aluminium)b × h = 40 × 80 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
PL = 6 md = 50 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (aluminium) jest utwierdzony u podstawy i przegubowo podparty u góry. Wyznacz jego smukłość i naprężenie krytyczne σcr ze wzoru Eulera.

L = 6 mE = 70 GPa (aluminium)d = 50 mm
σcr = MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
160190t = 10xwymiary w mm

Ceownik leży otwartą stroną do góry: płaskownik podstawy o szerokości 160 mm z dwoma pionowymi ramionami, o całkowitej wysokości 190 mm. Podstawa i ramiona mają grubość 10 mm. Wyznacz jego moment bezwładności Ix względem poziomej osi x przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 160 mmh = 190 mmt = 10 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
1002020014xM = 30 kN·mwymiary w mm

Przekrój teowy pracuje jako belka z półką u góry i przenosi dodatni moment zginający 30 kN·m. Wyznacz wartość naprężenia od zginania σgóra na górnej krawędzi.

bf = 100 mmtf = 20 mmtw = 14 mmhw = 200 mmM = 30 kN·m
σgóra = MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³14 mzwierciadło wody gruntowejXz = 3 m

Dla pokazanego profilu gruntu wyznacz pionowe naprężenie efektywne σ′ w punkcie X.

z = 3 mzw = 2 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 17 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³
σ′ = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³6 mglinaγsat​ = 17 kN/m³4 mzwierciadło wody gruntowejXz = 8 m

Dla pokazanego profilu gruntu wyznacz ciśnienie wody w porach u w punkcie X.

z = 8 mzw = 4 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 17 kN/m³piasek: γsat = 18,5 kN/m³glina: γsat = 17 kN/m³
u = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 110 kPapiasekglinaCc​ = 0,25, Cr​ = 0,02e0​ = 0,9σ′0​ = 80 kPaOCR = 1,53 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 3 m ma Cc = 0,25, Cr = 0,02 i e₀ = 0,9. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 80 kPa i wskaźnik prekonsolidacji wynosi OCR = 1,5. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 110 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 3 mCc = 0,25Cr = 0,02e0 = 0,9σ′0 = 80 kPaOCR = 1,5Δσ = 110 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 3 mcv​ = 4 m²/rok3 mpiasekzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 3 m ma współczynnik konsolidacji cv = 4 m²/rok. Leży między dwiema warstwami piasku, więc woda odpływa górą i dołem. Dla średniego stopnia konsolidacji 60% czynnik czasu wynosi Tv = 0,287. Po ilu latach t warstwa osiągnie 60% konsolidacji?

H = 3 mcv = 4 m²/rokU = 60%Tv = 0,287drenaż dwustronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 1 mH = 3 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 3 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 1 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 1 mH = 3 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Parcie hydrostatyczneTrudny
zasuwad = 1,5 mH = 1 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 3 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (gliceryna), z górną krawędzią 1,5 m pod powierzchnią. Wyznacz głębokość ycp środka parcia pod powierzchnią.

d = 1,5 mH = 1 mb = 3 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
V = 2,5 m/sD = 100 mmL = 800 mf = 0,025

Woda płynie z prędkością średnią 2,5 m/s przez rurę o długości 800 m i średnicy wewnętrznej 100 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,025 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

V = 2,5 m/sL = 800 mD = 100 mmf = 0,025g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 0,2Δz = ?L = 100 m, D = 250 mm, f = 0,0224× kolano (K = 0,3)

Dwa otwarte zbiorniki są połączone rurą o długości 100 m, średnicy wewnętrznej 250 mm i współczynniku tarcia Darcy’ego f = 0,022. Straty miejscowe to: wlot o ostrej krawędzi (K = 0,5), kolana w liczbie 4 (K = 0,3 każde), zawór (K = 0,2) i wylot do dolnego zbiornika (K = 1,0). Przyjmij g = 9,81 m/s². Jaka różnica poziomów wody Δz między zbiornikami daje natężenie przepływu 120 L/s?

Q = 120 L/sL = 100 mD = 250 mmf = 0,022Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×4)Kvalve = 0,2Kexit = 1,0
Δz = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
b = 4,5 my = 1,7 mn = 0,014, S = 0,002

Prostokątny kanał (niewygładzony beton) ma szerokość 4,5 m. Woda płynie ruchem jednostajnym na głębokości 1,7 m. Współczynnik Manninga n = 0,014, a spadek dna S = 0,002. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

b = 4,5 my = 1,7 mn = 0,014S = 0,002
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
D = 300 mmn = 0,013, V = 0,6 m/s

Betonowy kanał ściekowy o średnicy wewnętrznej 300 mm (współczynnik Manninga n = 0,013) musi przy całkowitym wypełnieniu osiągnąć prędkość samooczyszczania 0,6 m/s. Wyznacz minimalny spadek S (w m/m).

D = 300 mmn = 0,013V = 0,6 m/s
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 50 L/sH = 14 m

Pompa tłoczy 50 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 14 m. Sprawność pompy wynosi 60%, a napędzającego ją silnika elektrycznego 92%. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz moc elektryczną Pel pobieraną przez silnik, w kW.

Q = 50 L/sH = 14 mηpump = 60%ηmotor = 92%g = 9,81 m/s²
Pel = kW
24.Pompy i moc pompTrudny
400 kPa (nadciśnienie)PQ = 75 L/sΔz = 10 mL = 600 m, D = 200 mm, f = 0,015, ΣK = 5

Pompa przetłacza 75 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 10 m wyżej. Rura ma długość 600 m, średnicę wewnętrzną 200 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,015; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 5 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Górny zbiornik jest zamknięty, a powietrze nad wodą ma nadciśnienie 400 kPa. Wyznacz wysokość podnoszenia H, którą musi zapewnić pompa.

Q = 75 L/sΔz = 10 mL = 600 mD = 200 mmf = 0,015ΣK = 5ptank = 400 kPa
H = m
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123…10PV = ?€500€500€500€500

Renta wypłaca €500 na koniec każdego roku przez 10 lat. Stopa procentowa wynosi 8 % rocznie. Wyznacz wartość bieżącą PV renty.

A = €500i = 8%n = 10
PV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…36€15 000A?AAA

Kredyt €15 000 spłaca się równymi ratami miesięcznymi przez 3 lat. Oprocentowanie wynosi 4,8 % rocznie z miesięczną kapitalizacją. Wyznacz ratę miesięczną A.

P = €15 0004,8% / 12N = 36
A = €
27.NPV i IRRŚredni
lata0123−20 0009 0004 0007 000

Inwestycja €20 000 daje na koniec lat od 1 do 3 takie przepływy: €9 000, €4 000, €7 000. Koszt kapitału wynosi 8 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

r = 8%CF0 = −20 000CF1 = 9 000CF2 = 4 000CF3 = 7 000
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata0123…10−150 00018 000+2%+2%+2%r = 8%, NPV = ?

Projekt kosztuje dziś €150 000. Jego przepływ wynosi €18 000 na koniec roku 1 i rośnie o 2 % rocznie aż do ostatniego przepływu na koniec roku 10. Koszt kapitału wynosi 8 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

C0 = €150 000CF1 = €18 000g = 2%n = 10r = 8%
NPV = €
29.Rozkład normalnyŚredni
440540P = ?

Rozkład czasów pracy baterii jest normalny ze średnią 500 h i odchyleniem standardowym 40 h. Jaka część wartości leży między 440 a 540 h? Podaj P w postaci dziesiętnej.

μ = 500σ = 40x1 = 440x2 = 540
P =
30.Rozkład normalnyTrudny
μ = 65x = ?75%

Rozkład wyników egzaminu jest normalny ze średnią 65 pkt i odchyleniem standardowym 10 pkt. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 75% wszystkich wartości (75. percentyl).

μ = 65σ = 10P = 75%
x = pkt

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 20 kN

Równowaga statyczna: ciało w spoczynku ma ΣFx = 0, ΣFy = 0 i ΣM = 0 względem dowolnego punktu. Moment względem jednej podpory usuwa jej reakcję z równania.

P1​ = 15 kNP2​ = 15 kNABRA​RB​1 m2 m3 m

Schemat sił

Zastąp podpory siłami reakcji. Podpora przesuwna daje jedną reakcję pionową; przy samych obciążeniach pionowych podpora nieprzesuwna też daje jedną reakcję pionową.

Równowaga

Momenty względem A, dodatnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Potem równowaga sił pionowych.

ΣMA = 0: RB·6 = 15·1 + 15·3
RB = 60/6 = 10 kN
ΣFy = 0: RA = 30 − 10 = 20 kN

Odpowiedź

RA = 20 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 12,75 kN

Równowaga statyczna: ciało w spoczynku ma ΣFx = 0, ΣFy = 0 i ΣM = 0 względem dowolnego punktu. Moment względem jednej podpory usuwa jej reakcję z równania.

w = 6 kN/mP = 15 kNABRA​RB​2 m1 m1 m

Schemat sił

Zastąp podpory siłami reakcji. Podpora przesuwna daje jedną reakcję pionową; przy samych obciążeniach pionowych podpora nieprzesuwna też daje jedną reakcję pionową.

Równowaga

Momenty względem A, dodatnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Potem równowaga sił pionowych.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 6·2 = 12 kN, przyłożona w x̄ = 1 m
ΣMA = 0: RB·4 = 15·3 + 6·2·1
RB = 57/4 = 14,25 kN
ΣFy = 0: RA = 27 − 14,25 = 12,75 kN

Odpowiedź

RA = 12,75 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: pręt BF

Pręty zerowe: w węźle siły muszą się równoważyć w każdym kierunku. Jeśli węzeł nie ma obciążenia ani podpory, a dwa z trzech jego prętów leżą na jednej prostej, to równowaga w kierunku prostopadłym do tej prostej dotyczy tylko trzeciego pręta, więc jego siła jest równa zeru. Jeśli w nieobciążonym węźle schodzą się tylko dwa pręty i nie leżą na jednej prostej, oba są zerowe.

Węzeł B

AB i BC leżą na jednej prostej, a węzeł nie jest obciążony. Równowaga sił w poprzek tej prostej dotyczy tylko BF.

ΣF⊥ = 0 → FBF = 0

Sprawdź metodą węzłów

Rozwiązanie wszystkich węzłów daje takie siły w prętach (T = rozciąganie, C = ściskanie).

AB: 48,33 kN (T), BC: 48,33 kN (T), CD: 51,67 kN (T), DE: 51,67 kN (T), FG: 56,67 kN (C), GH: 56,67 kN (C), AF: 60,42 kN (C), HE: 64,58 kN (C), BF: 0, CG: 10 kN (C), DH: 35 kN (T), FC: 10,42 kN (T), HC: 6,25 kN (T)

Odpowiedź

Pręt zerowy: BF
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: pręt CG

Pręty zerowe: w węźle siły muszą się równoważyć w każdym kierunku. Jeśli węzeł nie ma obciążenia ani podpory, a dwa z trzech jego prętów leżą na jednej prostej, to równowaga w kierunku prostopadłym do tej prostej dotyczy tylko trzeciego pręta, więc jego siła jest równa zeru. Jeśli w nieobciążonym węźle schodzą się tylko dwa pręty i nie leżą na jednej prostej, oba są zerowe.

Węzeł C

BC i CD leżą na jednej prostej, a węzeł nie jest obciążony. Równowaga sił w poprzek tej prostej dotyczy tylko CG.

ΣF⊥ = 0 → FCG = 0

Sprawdź metodą węzłów

Rozwiązanie wszystkich węzłów daje takie siły w prętach (T = rozciąganie, C = ściskanie).

AB: 1,25 kN (C), BC: 7,5 kN (T), CD: 7,5 kN (T), DE: 16,25 kN (T), FG: 8,75 kN (C), GH: 26,25 kN (C), AF: 12,37 kN (C), HE: 22,98 kN (C), BF: 8,75 kN (T), CG: 0, DH: 16,25 kN (T), BG: 12,37 kN (C), DG: 12,37 kN (T)

Odpowiedź

Pręt zerowy: CG
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: C (x = 4 m)

Największy moment zginający: nachylenie wykresu M zmienia się tam, gdzie zmienia się siła tnąca, więc jego maksima leżą tam, gdzie siła tnąca przechodzi przez zero: pod siłą skupioną, wewnątrz obciążenia ciągłego albo nad podporą przy wsporniku. W utwierdzeniu belki wspornikowej moment jest największy przy ścianie. Porównaj wartości M w tych miejscach, zarówno dodatnie (zginanie „w dół”), jak i ujemne.

Reakcje podpór

Zapisz momenty względem jednej podpory, a potem użyj bilansu sił pionowych.

R1 = 37,5 kN, R2 = 37,5 kN

Moment zginający w każdym punkcie

Zsumuj momenty wszystkich sił po jednej stronie przekroju. Zginanie „w dół” jest dodatnie, „w górę” ujemne.

MA = 0, MB = 75, MC = 150 kN·m, MD = 125, ME = 100, MF = 75, MG = 0

Odpowiedź

Punkt C: MC = 150 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: x0 = 4,95 m

Metoda przekrojów: przetnij belkę tam, gdzie chcesz znać siły wewnętrzne, i zostaw jedną stronę. Siła tnąca V równoważy siły pionowe po tej stronie, a moment zginający M ich momenty względem przekroju. Moment maksymalny: ponieważ dM/dx = V, moment zginający osiąga ekstremum tam, gdzie siła tnąca przechodzi przez zero, albo w miejscu siły skupionej, albo wewnątrz obciążenia ciągłego.

Reakcje podpór

Równowaga całej belki.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 12·9 = 108 kN, przyłożona w x̄ = 4,5 m
ΣMA = 0: RB·10 = 12·9·4,5
RB = 486/10 = 48,6 kN
ΣFy = 0: RA = 108 − 48,6 = 59,4 kN

Zerowa siła tnąca

Siła tnąca zaczyna od RA, jest stała na każdym nieobciążonym odcinku i maleje z nachyleniem w wewnątrz obciążenia.

RA − w·(x0 − 0) = 0
x0 = 0 + 59,4/12 = 4,95 m

Odpowiedź

x0 = 4,95 m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 7,031 mm

Ugięcie belek: ugięcia otrzymuje się, całkując dwukrotnie krzywiznę M/(EI). Typowe przypadki są stablicowane, na przykład PL³/(3EI) dla wspornika z siłą na końcu i 5wL⁴/(384EI) dla belki swobodnie podpartej z obciążeniem równomiernym na całej rozpiętości. Ugięcia od różnych obciążeń się sumują (superpozycja).

Spójne jednostki

Licz w N i mm: P w N, w w N/mm (kN/m = N/mm), L w mm, E w N/mm² (GPa × 1000), I w mm⁴.

w = 10 N/mm, L = 6000 mm
EI = 2,4 × 10¹³ N·mm²

Ugięcie

δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·10·6000⁴/(384·2,4 × 10¹³) = 7,031 mm

Odpowiedź

δmax = 7,031 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: RB = 9 kN

Ugięcie belek: ugięcia otrzymuje się, całkując dwukrotnie krzywiznę M/(EI). Typowe przypadki są stablicowane, na przykład PL³/(3EI) dla wspornika z siłą na końcu i 5wL⁴/(384EI) dla belki swobodnie podpartej z obciążeniem równomiernym na całej rozpiętości. Ugięcia od różnych obciążeń się sumują (superpozycja). W belce statycznie niewyznaczalnej usuń podporę nadliczbową i zażądaj, aby ugięcie w tym miejscu było równe zeru (warunek zgodności).

Usuń podporę przesuwną

Bez podpory przesuwnej belka jest wspornikiem. Jej swobodny koniec ugiąłby się pod obciążeniem.

δload = wL⁴/(8EI)

Warunek zgodności przemieszczeń na podporze

Sama reakcja podpory RB podnosi swobodny koniec o RBL³/(3EI). Podpora utrzymuje B przy zerowym ugięciu, więc oba ugięcia muszą się znosić. EI się skraca.

RB·L³/(3EI) = wL⁴/(8EI) → RB = 3wL/8 = 3·8·3/8 = 9 kN

Odpowiedź

RB = 9 kN
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 32,75 kN

Wyboczenie Eulera: smukły słup traci stateczność przy Pcr = π²EI/(KL)², gdzie KL to długość wyboczeniowa: K = 1 dla przegub–przegub, 2 dla utwierdzenie–wolny koniec, 0,7 dla utwierdzenie–przegub i 0,5 dla utwierdzenie–utwierdzenie. Wybocza się względem osi o najmniejszym I. Wzór dotyczy słupów smukłych, których naprężenie krytyczne jest mniejsze od granicy plastyczności.

Najmniejszy moment bezwładności

Prostokąt wybocza się względem słabszej osi, z mniejszym wymiarem do sześcianu.

Imin = h·b³/12 = 80·40³/12 = 426667 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 0,5·6000 = 3000 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·426667/3000² = 32752 N = 32,75 kN

Odpowiedź

Pcr = 32,75 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: σcr = 6,12 MPa

Wyboczenie Eulera: smukły słup traci stateczność przy Pcr = π²EI/(KL)², gdzie KL to długość wyboczeniowa: K = 1 dla przegub–przegub, 2 dla utwierdzenie–wolny koniec, 0,7 dla utwierdzenie–przegub i 0,5 dla utwierdzenie–utwierdzenie. Wybocza się względem osi o najmniejszym I. Wzór dotyczy słupów smukłych, których naprężenie krytyczne jest mniejsze od granicy plastyczności.

Najmniejszy moment bezwładności

Przekrój kołowy ma to samo I względem każdej osi.

I = πd⁴/64 = π·50⁴/64 = 306796 mm⁴

Promień bezwładności i smukłość

A = 1963 mm²
r = √(I/A) = √(306796/1963) = 12,5 mm
KL = 0,7·6000 = 4200 mm
KL/r = 4200/12,5 = 336

Naprężenie krytyczne

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/336² = 6,12 MPa

Odpowiedź

σcr = 6,12 MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 19,73 × 10⁶ mm⁴

Przekroje złożone: podziel przekrój na prostokąty. Środek ciężkości to średnia ważona polami ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Moment bezwładności względem osi centralnej sumuje własne bh³/12 każdej części i człon Steinera A·d², gdzie d to odległość środka ciężkości części od środka ciężkości całości. Naprężenie od zginania to σ = M·y/I.

Podziel na prostokąty

Przyjmij podstawę na pełnej szerokości i dwa ramiona nad nią (wysokość h − t), aby nic nie liczyć dwa razy.

baza: A1 = 160·10 = 1600 mm², y1 = 5 mm
dwa ramiona: A2 = 2·10·180 = 3600 mm², y2 = 10 + 180/2 = 100 mm

Środek ciężkości

ȳ = (1600·5 + 3600·100)/5200 = 70,77 mm

Twierdzenie Steinera

baza: 160·10³/12 + 1600·(5 − 70,77)² = 6,934 × 10⁶ mm⁴
dwa ramiona: 2·10·180³/12 + 3600·(100 − 70,77)² = 1,28 × 10⁷ mm⁴
Ix = 6,934 × 10⁶ + 1,28 × 10⁷
Ix = 1,973 × 10⁷ mm⁴ = 19,73 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 19,73 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: σgóra = 94,61 MPa

Przekroje złożone: podziel przekrój na prostokąty. Środek ciężkości to średnia ważona polami ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Moment bezwładności względem osi centralnej sumuje własne bh³/12 każdej części i człon Steinera A·d², gdzie d to odległość środka ciężkości części od środka ciężkości całości. Naprężenie od zginania to σ = M·y/I.

Podziel na dwa prostokąty

Mierz każde y od dolnej krawędzi.

półka: Af = 100·20 = 2000 mm², yf = 200 + 20/2 = 210 mm
środnik: Aw = 14·200 = 2800 mm², yw = 200/2 = 100 mm

Środek ciężkości

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2000·210 + 2800·100)/4800 = 145,8 mm

Twierdzenie Steinera

półka: 100·20³/12 + 2000·(210 − 145,8)² = 8,301 × 10⁶ mm⁴
środnik: 14·200³/12 + 2800·(100 − 145,8)² = 1,522 × 10⁷ mm⁴
Ix = 8,301 × 10⁶ + 1,522 × 10⁷ = 2,352 × 10⁷ mm⁴

Naprężenie od zginania

Górna krawędź jest w odległości h − ȳ od osi.

y = 220 − 145,8 = 74,17 mm
σ = M·y/I = 3 × 10⁷·74,17/2,352 × 10⁷ = 94,61 MPa

Odpowiedź

σgóra = 94,61 MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 44,19 kPa

Naprężenie efektywne (Terzaghi): szkielet gruntowy przenosi σ′ = σ − u. Naprężenie całkowite σ to ciężar wszystkiego nad punktem, Σγ·h, z ciężarem objętościowym suchym nad zwierciadłem wody i nasyconym poniżej. Poniżej zwierciadła ciśnienie wody w porach jest hydrostatyczne: u = γw·(głębokość poniżej zwierciadła).

Naprężenie całkowite

Dodaj ciężar każdej warstwy gruntu nad X. Nad zwierciadłem wody użyj ciężaru objętościowego suchego, poniżej nasyconego.

σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 17·2 + 20·1 = 54 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·1 = 9,81 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 54 − 9,81 = 44,19 kPa

Odpowiedź

σ′ = 44,19 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: u = 39,24 kPa

Naprężenie efektywne (Terzaghi): szkielet gruntowy przenosi σ′ = σ − u. Naprężenie całkowite σ to ciężar wszystkiego nad punktem, Σγ·h, z ciężarem objętościowym suchym nad zwierciadłem wody i nasyconym poniżej. Poniżej zwierciadła ciśnienie wody w porach jest hydrostatyczne: u = γw·(głębokość poniżej zwierciadła).

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·4 = 39,24 kPa

Odpowiedź

u = 39,24 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 84,34 mm

Konsolidacja pierwotna warstwy gliny o miąższości H, z naprężeniem efektywnym w środku warstwy: σ′f = σ′0 + Δσ. Glina normalnie skonsolidowana: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Glina prekonsolidowana ulega ponownemu ściśnięciu wzdłuż Cr aż do naprężenia prekonsolidacji σ′p, a dopiero powyżej niego podąża za Cc. Czas: t = Tv·Hdr²/cv, gdzie droga filtracji Hdr wynosi H/2, gdy woda może odpływać górą i dołem, oraz H, gdy drenaż jest tylko z jednej strony.

Naprężenie prekonsolidacji

σ′p = OCR·σ′0 = 1,5·80 = 120 kPa

Porównaj z naprężeniem prekonsolidacji

σ′f = 80 + 110 = 190 kPa > 120 kPa

Osiadanie

Ponowne ściskanie do σ′p, ściskanie pierwotne powyżej.

S = 0,02·3/(1 + 0,9)·log₁₀(120/80) + 0,25·3/(1 + 0,9)·log₁₀(190/120)
S = 5,561 + 78,78 = 84,34 mm

Odpowiedź

S = 84,34 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 0,1614 lata

Konsolidacja pierwotna warstwy gliny o miąższości H, z naprężeniem efektywnym w środku warstwy: σ′f = σ′0 + Δσ. Glina normalnie skonsolidowana: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Glina prekonsolidowana ulega ponownemu ściśnięciu wzdłuż Cr aż do naprężenia prekonsolidacji σ′p, a dopiero powyżej niego podąża za Cc. Czas: t = Tv·Hdr²/cv, gdzie droga filtracji Hdr wynosi H/2, gdy woda może odpływać górą i dołem, oraz H, gdy drenaż jest tylko z jednej strony.

Droga filtracji

Hdr = H/2 = 3/2 = 1,5 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,287·1,5²/4 = 0,1614 lata

Odpowiedź

t = 0,1614 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 220,7 kN

Parcie hydrostatyczne na powierzchnię płaską: F = ρ·g·yc·A. Działa w środku parcia, ycp = yc + Ic/(ycA), który zawsze leży poniżej środka ciężkości.

Głębokość środka ciężkości i pole

yc = d + H/2 = 1 + 3/2 = 2,5 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
zasuwad = 1 mH = 3 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,5·9 = 220,7 kN

Odpowiedź

F = 220,7 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: ycp = 2,042 m

Parcie hydrostatyczne na powierzchnię płaską: F = ρ·g·yc·A. Działa w środku parcia, ycp = yc + Ic/(ycA), który zawsze leży poniżej środka ciężkości.

Głębokość środka ciężkości i pole

yc = d + H/2 = 1,5 + 1/2 = 2 m
A = H·b = 1·3 = 3 m²
zasuwad = 1,5 mH = 1 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·2·3 = 74,16 kN

Środek parcia

Ciśnienie rośnie z głębokością, więc wypadkowa działa poniżej środka ciężkości.

Ic = b·H³/12 = 3·1³/12 = 0,25 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 2 + 0,25/(2·3) = 2,042 m

Odpowiedź

ycp = 2,042 m
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 63,71 m

Przepływ w rurach: liczba Reynoldsa Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ odróżnia przepływ laminarny (Re poniżej ok. 2000) od turbulentnego (powyżej ok. 4000). Tarcie wzdłuż rury powoduje stratę wysokości Darcy’ego–Weisbacha hf = f·(L/D)·V²/(2g). Kształtki, zawory, wlot i wylot dodają straty miejscowe hm = ΣK·V²/(2g). Między dwiema otwartymi powierzchniami zbiorników równanie energii daje Δz = hf + hm, z uwzględnioną stratą na wylocie K = 1.

Wysokość prędkości

V²/(2g) = 2,5²/(2·9,81) = 0,3186 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,025·(800/0,1)·2,5²/(2·9,81) = 63,71 m

Odpowiedź

hf = 63,71 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Δz = 3,564 m

Przepływ w rurach: liczba Reynoldsa Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ odróżnia przepływ laminarny (Re poniżej ok. 2000) od turbulentnego (powyżej ok. 4000). Tarcie wzdłuż rury powoduje stratę wysokości Darcy’ego–Weisbacha hf = f·(L/D)·V²/(2g). Kształtki, zawory, wlot i wylot dodają straty miejscowe hm = ΣK·V²/(2g). Między dwiema otwartymi powierzchniami zbiorników równanie energii daje Δz = hf + hm, z uwzględnioną stratą na wylocie K = 1.

Prędkość

V = Q/A = 0,12/0,04909 = 2,445 m/s
V²/(2g) = 0,3046 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,022·100/0,25 = 8,8
ΣK = 0,5 + 4·0,3 + 0,2 + 1,0 = 2,9

Całkowita strata wysokości

hf = 8,8·0,3046 = 2,68 m
hm = 2,9·0,3046 = 0,8833 m
Δz = hf + hm = 3,564 m

Odpowiedź

Δz = 3,564 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 23,92 m³/s

Wzór Manninga (SI): dla przepływu jednostajnego w kanale otwartym V = (1/n)·R2/3·S1/2 i Q = A·V, gdzie n to współczynnik szorstkości, S to spadek dna (m/m), a R = A/P to promień hydrauliczny: pole przekroju przepływu podzielone przez obwód zwilżony. Do P wlicza się tylko brzeg stykający się z wodą, a nie swobodne zwierciadło. Prostokąt: A = b·y, P = b + 2y. Trapez o nachyleniu skarp z:1 (poziomo:pionowo): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Rura kołowa wypełniona całkowicie lub do połowy ma R = D/4.

Geometria

A = b·y = 4,5·1,7 = 7,65 m²
P = b + 2y = 4,5 + 2·1,7 = 7,9 m
R = A/P = 0,9684 m

Prędkość

V = (1/0,014)·0,96842/3·0,0021/2 = 3,127 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 7,65·3,127 = 23,92 m³/s

Odpowiedź

Q = 23,92 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,001924 m/m

Wzór Manninga (SI): dla przepływu jednostajnego w kanale otwartym V = (1/n)·R2/3·S1/2 i Q = A·V, gdzie n to współczynnik szorstkości, S to spadek dna (m/m), a R = A/P to promień hydrauliczny: pole przekroju przepływu podzielone przez obwód zwilżony. Do P wlicza się tylko brzeg stykający się z wodą, a nie swobodne zwierciadło. Prostokąt: A = b·y, P = b + 2y. Trapez o nachyleniu skarp z:1 (poziomo:pionowo): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Rura kołowa wypełniona całkowicie lub do połowy ma R = D/4.

Promień hydrauliczny

R = D/4 = 0,3/4 = 0,075 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S = (n·V/R2/3)² = (0,013·0,6/0,1778)² = 0,001924

Odpowiedź

S = 0,001924

To spadek o 1,924 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pel = 12,44 kW

Moc pompy: moc przekazana wodzie to moc hydrauliczna Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Wał musi dostarczyć więcej, bo pompa ma straty: Pshaft = Ph/ηpump, a silnik pobiera Pel = Pshaft/ηmotor. Wysokość podnoszenia pompy H wynika z równania energii: geometryczna wysokość podnoszenia + wysokość ciśnienia + wszystkie straty tarcia i miejscowe.

Moc hydrauliczna

Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,05·14 = 6,867 kW

Moc na wale

Pshaft = 6,867/0,6 = 11,45 kW

Moc elektryczna

Pel = 11,45/0,92 = 12,44 kW

Odpowiedź

Pel = 12,44 kW
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: H = 65,3 m

Moc pompy: moc przekazana wodzie to moc hydrauliczna Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Wał musi dostarczyć więcej, bo pompa ma straty: Pshaft = Ph/ηpump, a silnik pobiera Pel = Pshaft/ηmotor. Wysokość podnoszenia pompy H wynika z równania energii: geometryczna wysokość podnoszenia + wysokość ciśnienia + wszystkie straty tarcia i miejscowe.

Prędkość

V = Q/A = 0,075/0,03142 = 2,387 m/s
V²/(2g) = 0,2905 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (45 + 5)·0,2905 = 14,52 m

Wysokość ciśnienia

p/(ρ·g) = 400000/(1000·9,81) = 40,77 m

Wysokość podnoszenia pompy

Oba zwierciadła są praktycznie w spoczynku, więc nie ma członu wysokości prędkości.

H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 10 + 40,77 + 14,52 = 65,3 m

Odpowiedź

H = 65,3 m
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: PV = 3355 €

Wartość pieniądza w czasie: pieniądz dziś jest wart więcej niż ta sama kwota później, bo może przynosić odsetki. Przy stopie i na okres kwota rośnie do FV = PV·(1 + i)n. Ciąg równych płatności (rentę) wycenia się, sumując wszystkie płatności, z czego wynikają wzory na rentę.

Współczynnik dyskontowy renty

(1 − (1 + i)−n)/i = (1 − 0,4632)/0,08 = 6,71

Wartość bieżąca

PV = 500·6,71 = €3 355,04

Odpowiedź

PV = €3 355,04
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: A = 448,2 €

Wartość pieniądza w czasie: pieniądz dziś jest wart więcej niż ta sama kwota później, bo może przynosić odsetki. Przy stopie i na okres kwota rośnie do FV = PV·(1 + i)n. Ciąg równych płatności (rentę) wycenia się, sumując wszystkie płatności, z czego wynikają wzory na rentę.

Stopa miesięczna i liczba rat

i = 0,048/12 = 0,004
N = 12·3 = 36

Rata

Wartość bieżąca N równych płatności A wynosi A·(1 − (1 + i)⁻ᴺ)/i. Przyrównaj ją do kredytu i wyznacz A.

(1 + i)−N = 0,8661
A = 15 000·0,004/(1 − 0,8661) = €448,22

Odpowiedź

A = €448,22
27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −2680 €

Wartość bieżąca netto: zdyskontuj każdy przepływ do dziś wymaganą stopą zwrotu r i zsumuj: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projekt z NPV > 0 zarabia więcej niż r i tworzy wartość. Wewnętrzna stopa zwrotu (IRR) to stopa, przy której NPV = 0.

Wartość bieżąca każdego przepływu

CF0 = −20 000
CF1/(1 + 0,08)1 = 9 000/1,08 = 8 333,33
CF2/(1 + 0,08)2 = 4 000/1,166 = 3 429,36
CF3/(1 + 0,08)3 = 7 000/1,26 = 5 556,83

Zsumuj

NPV = €−2 680,49

Odpowiedź

NPV = €−2 680,49

NPV jest ujemna, więc projekt zarabia mniej niż wymagana stopa zwrotu.

28.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −19389 €

Wartość bieżąca netto: zdyskontuj każdy przepływ do dziś wymaganą stopą zwrotu r i zsumuj: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projekt z NPV > 0 zarabia więcej niż r i tworzy wartość. Wewnętrzna stopa zwrotu (IRR) to stopa, przy której NPV = 0.

Wartość bieżąca renty rosnącej

((1,02)/(1,08))10 = 0,5646
PV = 18 000/(0,08 − 0,02)·(1 − 0,5646) = 130 610,92

NPV

NPV = 130 610,92 − 150 000 = −€19 389,08

Odpowiedź

NPV = −€19 389,08

NPV jest ujemna, więc projekt zarabia mniej niż wymagana stopa zwrotu.

29.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,7745

Rozkład normalny: zamień wartość x na wynik z, z = (x − μ)/σ, który mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej. Tablica rozkładu normalnego (czyli Φ(z)) podaje pole na lewo od z, czyli P(X < x). Pole na prawo to 1 − Φ(z), a pole między dwiema wartościami to różnica ich dwóch pól.

Wyniki z

z₁ = (440 − 500)/40 = −1,5
z₂ = (540 − 500)/40 = 1

Pole pomiędzy

P = Φ(1) − Φ(−1,5) = 0,8413 − 0,06681 = 0,7745

Odpowiedź

P = 0,7745
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 71,75 pkt

Rozkład normalny: zamień wartość x na wynik z, z = (x − μ)/σ, który mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej. Tablica rozkładu normalnego (czyli Φ(z)) podaje pole na lewo od z, czyli P(X < x). Pole na prawo to 1 − Φ(z), a pole między dwiema wartościami to różnica ich dwóch pól.

z dla percentyla

Φ(z) = 0,75 → z = 0,6745

Powrót do x

x = 65 + 0,6745·10 = 71,75 pkt

Odpowiedź

x = 71,75 pkt

To niezależne materiały do ćwiczeń. ExamProblems nie jest powiązane z organizacją przeprowadzającą ten egzamin ani przez nią rekomendowane, a nazwa egzaminu służy wyłącznie do opisu treści. Egzamin FE exam prowadzi NCEES, organizacja niezwiązana z ExamProblems, która go nie popiera.

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-civil