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​ = 40 kNP2​ = 40 kNABRA​ = ?RB​2 m3 m3 m

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

L = 8 mP1 = 40 kN w 2 mP2 = 40 kN w 5 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 10 kN/mP = 60 kNABCRB​ = ?3 m3 m2 m

Belka ma podporę nieprzesuwną w A i przesuwną w B, w odległości 6 m od A, i wystaje poza B aż do swobodnego końca C. Przenosi siłę skupioną P w odległości 3 m od A oraz obciążenie równomiernie rozłożone w od 6 m do swobodnego końca w 8 m. Wyznacz reakcję pionową RB, przyjmując zwrot w górę jako dodatni.

AB = 6 mAC = 8 mP = 60 kN w 3 mw = 10 kN/m od 6 do 8 m
RB = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABBCACACB55 kN4 m1 m4 m

Użyj metody równoważenia węzłów, aby wyznaczyć siłę FAC w pręcie AC. Rozciąganie podaj jako dodatnie, a ściskanie jako ujemne.

rozpiętość = 4 mwysokość = 4 mB jest 1 m od Aobciążenie pionowe = 55 kN
FAC = kN
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABBCACACB15 kN10 kN4 m3 m3 m

Użyj metody równoważenia węzłów, aby wyznaczyć siłę FAB w pręcie AB. Rozciąganie podaj jako dodatnie, a ściskanie jako ujemne.

rozpiętość = 4 mwysokość = 3 mB jest 3 m od Aobciążenie pionowe = 15 kNobciążenie poziome = 10 kN ←
FAB = kN
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
w = 4 kN/mABprzekrój3 m1 m

Wyznacz moment zginający Mx w przekroju x = 3 m od podpory A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 4 mw = 4 kN/m od 0 do 4 mx = 3 m
Mx = kN·m
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
w = 5 kN/mABC4 m1,5 m

Belka opiera się na podporze nieprzesuwnej w A i przesuwnej w B i wystaje poza B o 1,5 m aż do swobodnego końca C. Na całej długości A–C działa obciążenie równomiernie rozłożone w. Wyznacz odległość xc od A do miejsca zerowego momentu między podporami (w którym moment zginający zmienia znak).

L = 5,5 mw = 5 kN/m od 0 do 5,5 mpodpory w x = 0 i x = 4 m
xc = m
7.Ugięcie belkiŚredni
P = 12 kNABδ1,5 m3,5 m

Wspornik o długości L jest utwierdzony w A i przenosi siłę skupioną P w odległości a = 1,5 m od A. Wyznacz ugięcie δB swobodnego końca B.

P = 12 kNa = 1,5 mL = 5 mE = 70 GPa (aluminium)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δB = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 2 kN/mP = 27 kNδL = 6 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w i siłę skupioną P w środku rozpiętości. Korzystając z superpozycji, wyznacz ugięcie w środku δmax.

P = 27 kNw = 2 kN/mL = 6 mE = 70 GPa (aluminium)I = 57 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 5 m30 × 80 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (stal) jest utwierdzony u podstawy i wolny u góry. Korzystając ze wzoru Eulera, wyznacz jego siłę krytyczną Pcr.

L = 5 mE = 200 GPa (stal)b × h = 30 × 80 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
PL = 4 md = 80 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (stal) jest przegubowo podparty na obu końcach. Wyznacz jego smukłość i naprężenie krytyczne σcr ze wzoru Eulera.

L = 4 mE = 200 GPa (stal)d = 80 mm
σcr = MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
100 mm300 mm90 mmØ40xIx​ = ?

Płyta 100 mm × 300 mm ma okrągły otwór o średnicy 40 mm na pionowej osi symetrii, ze środkiem 90 mm nad dolną krawędzią. Wyznacz moment bezwładności przekroju Ix względem osi poziomej przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 100 mmh = 300 mmd = 40 mmśrodek otworu: y = 90 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
1401520016xM = 10 kN·mwymiary w mm

Przekrój teowy pracuje jako belka z półką u góry i przenosi dodatni moment zginający 10 kN·m. Wyznacz wartość naprężenia od zginania σgóra na górnej krawędzi.

bf = 140 mmtf = 15 mmtw = 16 mmhw = 200 mmM = 10 kN·m
σgóra = MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 19 kN/m³9 mzwierciadło wody gruntowejXz = 5 m

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

z = 5 mzw = 2 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 17 kN/m³piasek: γsat = 19 kN/m³
u = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³4 mglinaγsat​ = 17,5 kN/m³5 mzwierciadło wody gruntowejXz = 6,5 m

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

z = 6,5 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³glina: γsat = 17,5 kN/m³
σ′ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 140 kPapiasekglinaCc​ = 0,2, Cr​ = 0,04e0​ = 1,05σ′0​ = 55 kPaOCR = 27 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 7 m ma Cc = 0,2, Cr = 0,04 i e₀ = 1,05. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 55 kPa i wskaźnik prekonsolidacji wynosi OCR = 2. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 140 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 7 mCc = 0,2Cr = 0,04e0 = 1,05σ′0 = 55 kPaOCR = 2Δσ = 140 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 7 mcv​ = 5 m²/rok7 mpiasekzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 7 m ma współczynnik konsolidacji cv = 5 m²/rok. Leży między dwiema warstwami piasku, więc woda odpływa górą i dołem. Dla średniego stopnia konsolidacji 70% czynnik czasu wynosi Tv = 0,403. Po ilu latach t warstwa osiągnie 70% konsolidacji?

H = 7 mcv = 5 m²/rokU = 70%Tv = 0,403drenaż dwustronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 2,5 mH = 2 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 3 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 2,5 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 2,5 mH = 2 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Parcie hydrostatyczneTrudny
zasuwad = 2 mH = 1,5 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 1,5 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (gliceryna), z górną krawędzią 2 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 2 mH = 1,5 mb = 1,5 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
V = 2,6 m/sD = 50 mmL = 200 mf = 0,028

Woda (ρ = 1000 kg/m³) płynie z prędkością 2,6 m/s przez poziomą rurę o długości 200 m i średnicy wewnętrznej 50 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,028 i g = 9,81 m/s². Wyznacz spadek ciśnienia Δp na rurze w kPa.

V = 2,6 m/sL = 200 mD = 50 mmf = 0,028ρ = 1000 kg/m³
Δp = kPa
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 5swobodny wypływH = ?L = 150 m, D = 200 mm, f = 0,0182× kolano (K = 0,3)

Rura o długości 150 m i średnicy wewnętrznej 200 mm (współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,018) wychodzi z otwartego zbiornika i wypływa swobodnym strumieniem do atmosfery. Straty miejscowe to: wlot o ostrej krawędzi (K = 0,5), kolana w liczbie 2 (K = 0,3 każde) i zawór (K = 5). Przyjmij g = 9,81 m/s². O ile H zwierciadło wody w zbiorniku musi leżeć wyżej niż wylot rury, aby natężenie przepływu wynosiło 75 L/s?

Q = 75 L/sL = 150 mD = 200 mmf = 0,018Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 5
H = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
D = 900 mmn = 0,013, S = 0,0008

Betonowy kanał deszczowy o średnicy wewnętrznej 900 mm jest wypełniony do połowy. Współczynnik Manninga n = 0,013, a spadek S = 0,0008. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

D = 900 mmn = 0,013S = 0,0008
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
b = 2,5 my = 2,5 m3 : 1n = 0,03, Q = 29 m³/s

Trapezowy kanał (grunt porośnięty trawą) o szerokości dna 2,5 m i nachyleniu skarp 3:1 (poziomo:pionowo) ma przeprowadzić 29 m³/s w przepływie jednostajnym przy głębokości 2,5 m. Współczynnik Manninga n = 0,03. Wyznacz wymagany spadek dna S (w m/m).

Q = 29 m³/sb = 2,5 my = 2,5 mz = 3n = 0,03
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 50 L/sH = 10 m

Pompa o sprawności 75% tłoczy 50 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 10 m. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz potrzebną moc na wale Pshaft, w kW.

Q = 50 L/sH = 10 mη = 75%g = 9,81 m/s²
Pshaft = kW
24.Pompy i moc pompTrudny
PQ = 80 L/sΔz = 6 mL = 150 m, D = 250 mm, f = 0,02, ΣK = 5

Pompa przetłacza 80 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 6 m wyżej. Rura ma długość 150 m, średnicę wewnętrzną 250 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,02; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 5 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Sprawność pompy wynosi 70%. Wyznacz moc na wale Pshaft w kW.

Q = 80 L/sΔz = 6 mL = 150 mD = 250 mmf = 0,02ΣK = 5η = 70%
Pshaft = kW
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123…9PV = ?€20 000+2,5%+2,5%…r = 6,5%

Nieruchomość ma w przyszłym roku przynieść czynsz netto €20 000. Oczekuje się, że czynsz będzie rósł o 2,5 % rocznie bez końca. Wymagana stopa zwrotu wynosi 6,5 % rocznie. Wyznacz dzisiejszą wartość PV nieruchomości.

C1 = €20 000g = 2,5%r = 6,5%
PV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…120€500€500€500FV = ?

Odkładasz €500 na koniec każdego miesiąca przez 10 lat. Konto daje 2,4 % rocznie z miesięczną kapitalizacją. Ile uzbierasz na koniec? Wyznacz FV.

A = €5002,4% / 12N = 120
FV = €
27.NPV i IRRŚredni
lata0123−45 00011 00014 00022 000

Inwestycja €45 000 daje na koniec lat od 1 do 3 takie przepływy: €11 000, €14 000, €22 000. Koszt kapitału wynosi 7,000000000000001 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

r = 7,000000000000001%CF0 = −45 000CF1 = 11 000CF2 = 14 000CF3 = 22 000
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata0123−40 00018 00016 00015 000

Projekt kosztuje €40 000 i przynosi €18 000, €16 000, €15 000 na koniec lat od 1 do 3. Wyznacz jego wewnętrzną stopę zwrotu IRR w procentach.

CF0 = −40 000CF1 = 18 000CF2 = 16 000CF3 = 15 000
IRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
−3−2−10123zzacieniowane pole na prawo od z = 0,3121

Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole pod standardową krzywą normalną, na prawo od z, wynosiło 0,3121. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

A = 0,3121
z =
30.Rozkład normalnyTrudny
557085100115130145pktgóra 70%

Rozkład wyników testu IQ jest normalny ze średnią 100 pkt i odchyleniem standardowym 15 pkt. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane górne 70% leżało na prawo od niej. Znajdź wartość graniczną x.

μ = 100 pktσ = 15 pkt70%
x = pkt

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 45 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​ = 40 kNP2​ = 40 kNABRA​RB​2 m3 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·8 = 40·2 + 40·5
RB = 280/8 = 35 kN
ΣFy = 0: RA = 80 − 35 = 45 kN

Odpowiedź

RA = 45 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RB = 53,33 kN

Równowaga statyczna: ciało w spoczynku spełnia ΣFx = 0, ΣFy = 0 i ΣM = 0 względem dowolnego punktu. Zastąp każde obciążenie ciągłe jego wypadkową (polem wykresu obciążenia) przyłożoną w środku ciężkości wykresu obciążenia i licz momenty względem podpory, aby usunąć z równania reakcję tej podpory.

Wypadkowa obciążenia ciągłego

W = 10·2 = 20 kN, x̄ = (6 + 8)/2 = 7 m

Równowaga

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

ΣMA = 0: RB·6 = 60·3 + 20·7
RB = 320/6 = 53,33 kN
RA = 80 − 53,33 = 26,67 kN

Odpowiedź

RB = 53,33 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAC = 10,31 kN

Metoda równoważenia węzłów: każdy węzeł kratownicy jest w równowadze, więc w każdym węźle ΣFx = 0 i ΣFy = 0. Zacznij od węzła z co najwyżej dwiema nieznanymi siłami. Wynik ujemny oznacza, że pręt jest ściskany.

ABBCACACB55 kNAy​Cy​

Reakcje podpór

Równowaga całej kratownicy. Momenty względem A, dodatnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

ΣMA = 0: Cy·4 = 55·1 → Cy = 13,75 kN
ΣFy = 0: Ay = 55 − 13,75 = 41,25 kN

Węzeł C

Podpora przesuwna daje tylko reakcję pionową, więc w węźle C są tylko dwie nieznane siły w prętach. Załóż, że oba pręty są rozciągane.

sin γ = 4/5 = 0,8, cos γ = 3/5 = 0,6
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −13,75/0,8 = −17,19 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(−17,19)·0,6 = 10,31 kN

Odpowiedź

FAC = 10,31 kN (rozciąganie)
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAB = −15,91 kN

Metoda równoważenia węzłów: każdy węzeł kratownicy jest w równowadze, więc w każdym węźle ΣFx = 0 i ΣFy = 0. Zacznij od węzła z co najwyżej dwiema nieznanymi siłami. Wynik ujemny oznacza, że pręt jest ściskany.

ABBCACACB15 kN10 kNAy​Cy​Ax​

Reakcje podpór

Równowaga całej kratownicy. Momenty względem A, dodatnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

ΣMA = 0: Cy·4 = 15·3 − 10·3 → Cy = 3,75 kN
ΣFy = 0: Ay = 15 − 3,75 = 11,25 kN
ΣFx = 0: Ax = 10 kN

Węzeł A

Załóż, że każdy pręt jest rozciągany (ciągnie od węzła). Tylko AB ma składową pionową w A.

sin α = 3/4,243 = 0,7071
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −11,25/0,7071 = −15,91 kN

Odpowiedź

FAB = −15,91 kN (ściskanie)
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = 6 kN·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.

Reakcje podpór

Równowaga całej belki.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 4·4 = 16 kN, przyłożona w x̄ = 2 m
ΣMA = 0: RB·4 = 4·4·2
RB = 32/4 = 8 kN
ΣFy = 0: RA = 16 − 8 = 8 kN
w = 4 kN/mABRA​ = 8RB​ = 8przekrój3 m1 m

Przetnij w x = 3 m i zostaw lewą część

Uwzględniasz tylko siły na lewo od przekroju. Fragment obciążenia ciągłego działa jak jedna siła w środku tego fragmentu.

M = RA·x − (każde obciążenie na lewo od przekroju × jego odległość od przekroju)
Mx = 8·3 − 4·3·1,5 = 6 kN·m

Odpowiedź

Mx = 6 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: xc = 3,438 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, łącznie z obciążeniem na wsporniku.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 5·5,5 = 27,5 kN, przyłożona w x̄ = 2,75 m
ΣMA = 0: RB·4 = 5·5,5·2,75
RB = 75,63/4 = 18,91 kN
ΣFy = 0: RA = 27,5 − 18,91 = 8,594 kN

Zerowy moment

Między podporami M(x) = RA·x − w·x²/2. Poza x = 0 jest równy zeru w x = 2RA/w.

RA·xc − w·xc²/2 = 0
xc = 2·8,594/5 = 3,438 m

Odpowiedź

xc = 3,438 m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δB = 7,232 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.

P = 12000 N, a = 1500 mm, L = 5000 mm
EI = 8,4 × 10¹² N·mm²

Ugięcie swobodnego końca

Ugięcie pod siłą plus kąt obrotu pod siłą razy pozostała długość.

δP = Pa³/(3EI) = 1,607 mm
θP = Pa²/(2EI) = 0,001607 rad
δB = δP + θP·(L − a) = Pa²(3L − a)/(6EI) = 7,232 mm

Odpowiedź

δB = 7,232 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 38,91 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.

P = 27000 N, w = 2 N/mm, L = 6000 mm, EI = 3,99 × 10¹² N·mm²

Każde obciążenie osobno

δP = PL³/(48EI) = 27000·6000³/(48·3,99 × 10¹²) = 30,45 mm
δw = 5wL⁴/(384EI) = 5·2·6000⁴/(384·3,99 × 10¹²) = 8,459 mm

Dodaj

δmax = 30,45 + 8,459 = 38,91 mm

Odpowiedź

δmax = 38,91 mm
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 3,553 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 = 80·30³/12 = 180000 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 2·5000 = 10000 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·180000/10000² = 3553 N = 3,553 kN

Odpowiedź

Pcr = 3,553 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: σcr = 49,35 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·80⁴/64 = 2,011 × 10⁶ mm⁴

Promień bezwładności i smukłość

A = 5027 mm²
r = √(I/A) = √(2,011 × 10⁶/5027) = 20 mm
KL = 1·4000 = 4000 mm
KL/r = 4000/20 = 200

Naprężenie krytyczne

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/200² = 49,35 MPa

Odpowiedź

σcr = 49,35 MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 220,2 × 10⁶ mm⁴

Przekroje z otworami: traktuj otwór jako ujemne pole. Środek ciężkości to ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂), gdzie A₁, y₁ dotyczą pełnej płyty, a A₂, y₂ otworu. Dla momentu bezwładności przekroju względem osi środkowej użyj twierdzenia Steinera dla każdej części i odejmij otwór: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²), gdzie d to odległość środka ciężkości każdej części od osi przechodzącej przez ȳ. Prostokąt ma Ic = bh³/12, a koło Ic = πd⁴/64.

Środek ciężkości

ȳ = (30000·150 − 1257·90)/(30000 − 1257) = 152,6 mm

Pełna płyta względem ȳ

100·300³/12 + 30000·−2,623² = 225,2 × 10⁶ mm⁴

Otwór względem ȳ

π·40⁴/64 + 1257·−62,62² = 5,054 × 10⁶ mm⁴

Odejmij

Ix = 220,2 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 220,2 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: σgóra = 28,55 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 = 140·15 = 2100 mm², yf = 200 + 15/2 = 207,5 mm
środnik: Aw = 16·200 = 3200 mm², yw = 200/2 = 100 mm

Środek ciężkości

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2100·207,5 + 3200·100)/5300 = 142,6 mm

Twierdzenie Steinera

półka: 140·15³/12 + 2100·(207,5 − 142,6)² = 8,886 × 10⁶ mm⁴
środnik: 16·200³/12 + 3200·(100 − 142,6)² = 1,647 × 10⁷ mm⁴
Ix = 8,886 × 10⁶ + 1,647 × 10⁷ = 2,536 × 10⁷ mm⁴

Naprężenie od zginania

Górna krawędź jest w odległości h − ȳ od osi.

y = 215 − 142,6 = 72,41 mm
σ = M·y/I = 1 × 10⁷·72,41/2,536 × 10⁷ = 28,55 MPa

Odpowiedź

σgóra = 28,55 MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: u = 29,43 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) = 9,81·3 = 29,43 kPa

Odpowiedź

u = 29,43 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 74,41 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·3 + γsat,sand·1 + γsat,clay·2,5
σ = 15·3 + 20·1 + 17,5·2,5 = 108,8 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·3,5 = 34,34 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 108,8 − 34,34 = 74,41 kPa

Odpowiedź

σ′ = 74,41 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 210,9 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 = 2·55 = 110 kPa

Porównaj z naprężeniem prekonsolidacji

σ′f = 55 + 140 = 195 kPa > 110 kPa

Osiadanie

Ponowne ściskanie do σ′p, ściskanie pierwotne powyżej.

S = 0,04·7/(1 + 1,05)·log₁₀(110/55) + 0,2·7/(1 + 1,05)·log₁₀(195/110)
S = 41,12 + 169,8 = 210,9 mm

Odpowiedź

S = 210,9 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 0,9873 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 = 7/2 = 3,5 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,403·3,5²/5 = 0,9873 lata

Odpowiedź

t = 0,9873 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 206 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 = 2,5 + 2/2 = 3,5 m
A = H·b = 2·3 = 6 m²
zasuwad = 2,5 mH = 2 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3,5·6 = 206 kN

Odpowiedź

F = 206 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 76,48 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 = 2 + 1,5/2 = 2,75 m
A = H·b = 1,5·1,5 = 2,25 m²
zasuwad = 2 mH = 1,5 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·2,75·2,25 = 76,48 kN

Odpowiedź

F = 76,48 kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Δp = 378,6 kPa

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.

Strata wysokości

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,028·(200/0,05)·2,6²/(2·9,81) = 38,59 m

Spadek ciśnienia

Rura jest pozioma, a prędkość się nie zmienia, więc równanie energii upraszcza się do Δp = ρ·g·hf.

Δp = ρ·g·hf = 1000·9,81·38,59 = 378560 Pa = 378,6 kPa

Odpowiedź

Δp = 378,6 kPa
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: H = 5,984 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 = 0,075/0,03142 = 2,387 m/s
V²/(2g) = 0,2905 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,018·150/0,2 = 13,5
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 5 = 6,1

Równanie energii

Strumień na wylocie nadal niesie swoją wysokość prędkości; to nie strata, ale trzeba ją dostarczyć.

H = (1 + 13,5 + 6,1)·0,2905 = 5,984 m

Odpowiedź

H = 5,984 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 0,256 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 = 0,3181 m², R = D/4 = 0,225 m

Prędkość

V = (1/0,013)·0,2252/3·0,00081/2 = 0,8049 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 0,3181·0,8049 = 0,256 m³/s

Odpowiedź

Q = 0,256 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,0007996 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.

Geometria

A = (b + z·y)·y = (2,5 + 3·2,5)·2,5 = 25 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2,5 + 2·2,5·√(1 + 3²) = 18,31 m
R = A/P = 1,365 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,03·29/(25·1,231) = 0,02828
S = 0,02828² = 0,0007996

Odpowiedź

S = 0,0007996

To spadek o 0,7996 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pshaft = 6,54 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 = 1000·9,81·0,05·10 = 4,905 kW

Moc na wale

Pshaft = Ph/η = 4,905/0,75 = 6,54 kW

Odpowiedź

Pshaft = 6,54 kW
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pshaft = 9,307 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.

Prędkość

V = Q/A = 0,08/0,04909 = 1,63 m/s
V²/(2g) = 0,1354 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (12 + 5)·0,1354 = 2,301 m

Wysokość podnoszenia pompy

H = Δz + hL = 6 + 2,301 = 8,301 m

Moc na wale

Pshaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9,81·0,08·8,301/0,7 = 9,307 kW

Odpowiedź

Pshaft = 9,307 kW
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: PV = 500000 €

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.

Rosnąca renta wieczysta

PV = C1/(r − g) = 20 000/(0,065 − 0,025) = 20 000/0,04 = €500 000,00

Odpowiedź

PV = €500 000,00
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 67736 €

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 wpłat

i = 0,024/12 = 0,002
N = 12·10 = 120

Wartość przyszła wpłat

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 500·(1,271 − 1)/0,002 = €67 736,12

Odpowiedź

FV = €67 736,12

Sam wpłaciłeś €60 000; reszta to odsetki.

27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −4533 €

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 = −45 000
CF1/(1 + 0,07)1 = 11 000/1,07 = 10 280,37
CF2/(1 + 0,07)2 = 14 000/1,145 = 12 228,14
CF3/(1 + 0,07)3 = 22 000/1,225 = 17 958,55

Zsumuj

NPV = €−4 532,93

Odpowiedź

NPV = €−4 532,93

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

28.NPV i IRR

Odpowiedź: IRR = 11,25 %

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.

Ogranicz IRR z obu stron

NPV maleje, gdy stopa rośnie, więc IRR leży między stopą z dodatnią a stopą z ujemną NPV.

NPV(10%) = 856,50
NPV(15%) = −2 386,78

Zawężaj

Interpolacja liniowa daje pierwsze przybliżenie; powtarzanie jej (albo funkcja IRR kalkulatora) daje dokładną stopę.

IRR ≈ 10 + 5·856,50/(856,50 − (−2 386,78)) = 11,32%
dokładnie: NPV(11,25%) = 0 → IRR = 11,25%

Odpowiedź

IRR = 11,25%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: z = 0,49

Od pola z powrotem do z: Φ(z) to pole na lewo od z. Dla pola lewego ogona A znajdź w tablicy z, dla którego Φ(z) = A. Pole prawego ogona A oznacza Φ(z) = 1 − A. Pole środkowe A między −z a z zostawia (1 − A)/2 w każdym ogonie, więc Φ(z) = (1 + A)/2. Dla wartości x użyj x = μ + zσ.

Pole na lewo od z

Φ(z) = 1 − 0,3121 = 0,6879

Czytaj tablicę z wstecz

Znajdź 0,6879 wewnątrz tablicy i odczytaj z.

z = 0,49

Odpowiedź

z = 0,49
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 92,2 pkt

Od pola z powrotem do z: Φ(z) to pole na lewo od z. Dla pola lewego ogona A znajdź w tablicy z, dla którego Φ(z) = A. Pole prawego ogona A oznacza Φ(z) = 1 − A. Pole środkowe A między −z a z zostawia (1 − A)/2 w każdym ogonie, więc Φ(z) = (1 + A)/2. Dla wartości x użyj x = μ + zσ.

Pole po lewej

Φ(z) = 0,3

z z tablicy

z ≈ −0,52

Z powrotem do pierwotnych jednostek

x = 100 − 0,52·15 = 92,2 pkt

Odpowiedź

x = 92,2 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