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
w = 6 kN/mP = 20 kNABRA​ = ?4 m4 m

Wspornik jest utwierdzony w ścianie w A. Przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej długości i siłę skupioną P w odległości 4 m od ściany. Wyznacz reakcję pionową RA w ścianie.

L = 8 mP = 20 kN w 4 mw = 6 kN/m od 0 do 8 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 12 kN/mP = 40 kNABRA​RB​ = ?5 m2 m2 m1 m

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

L = 10 mP = 40 kN w 5 mw = 12 kN/m od 7 do 9 m
RB = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABBCACACB10 kN8 m1 m4 m

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

rozpiętość = 8 mwysokość = 4 mB jest 1 m od Aobciążenie pionowe = 10 kN
FAB = kN
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABBCACACB30 kN20 kN4 m1 m4 m

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

rozpiętość = 4 mwysokość = 4 mB jest 1 m od Aobciążenie pionowe = 30 kNobciążenie poziome = 20 kN ←
FAB = kN
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
M0​ = 50 kN·mAB1,5 m3,5 m

Belka swobodnie podparta jest obciążona momentem skupionym M0 = 50 kN·m działającym zgodnie z ruchem wskazówek zegara w x = 1,5 m od A i niczym więcej. Wyznacz moment zginający Mx tuż na prawo od momentu skupionego. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 5 mM0 = 50 kN·m zgodnie z ruchem wskazówek zegara, w odległości 1,5 m
Mx = kN·m
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
w = 3 kN/mP = 40 kNAB3 m5 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej rozpiętości oraz siłę skupioną P. Wyznacz maksymalny moment zginający Mmax w belce.

L = 8 mP = 40 kN w 3 mw = 3 kN/m od 0 do 8 m
Mmax = kN·m
7.Ugięcie belkiŚredni
w = 20 kN/mABθ3 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej rozpiętości. Wyznacz kąt obrotu θA belki na podporze A, w radianach.

w = 20 kN/mL = 3 mE = 70 GPa (aluminium)I = 120 × 10⁶ mm⁴
θA = rad
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 4 kN/mδL = 2 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w. Jej ugięcie nie może przekroczyć rozpiętość/360. Wyznacz najmniejszy moment bezwładności Ireq, który spełnia ten warunek.

w = 4 kN/mL = 2 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 3 md = 60 mmprzekrój poprzeczny

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

L = 3 mE = 200 GPa (stal)d = 60 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
P = 135 kNL = 5 md = ?przekrój poprzeczny

Pełny słup okrągły o długości L z materiału (stal) jest utwierdzony u podstawy i przegubowo podparty u góry. Ma przenieść 135 kN przy współczynniku bezpieczeństwa 2,5 względem wyboczenia. Wyznacz najmniejszą średnicę d.

P = 135 kNn = 2,5L = 5 mE = 200 GPa (stal)
d = mm
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
1003012012xwymiary w mm

Wyznacz moment bezwładności Ix przekroju teowego względem poziomej osi x przechodzącej przez jego środek ciężkości.

bf = 100 mmtf = 30 mmtw = 12 mmhw = 120 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
2504201212xM = 50 kN·mwymiary w mm

Symetryczny dwuteownik ma półki o szerokości 250 mm i grubości 12 mm, wysokość całkowitą 420 mm i środnik o grubości 12 mm. Przenosi moment zginający 50 kN·m względem osi x. Wyznacz wartość maksymalnego naprężenia od zginania σmax w przekroju.

B = 250 mmH = 420 mmtf = 12 mmtw = 12 mmM = 50 kN·m
σmax = MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 16,5 kN/m³γsat​ = 19 kN/m³6 mzwierciadło wody gruntowejXz = 5 m

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

z = 5 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16,5 kN/m³piasek: γsat = 19 kN/m³
u = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 15,5 kN/m³γsat​ = 19 kN/m³3 mglinaγsat​ = 17,5 kN/m³8 mzwierciadło wody gruntowejXz = 7 m

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

z = 7 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15,5 kN/m³piasek: γsat = 19 kN/m³glina: γsat = 17,5 kN/m³
σ′ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 140 kPapiasekglinaCc​ = 0,5, Cr​ = 0,05e0​ = 0,8σ′0​ = 85 kPaOCR = 1,55,5 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 5,5 m ma Cc = 0,5, Cr = 0,05 i e₀ = 0,8. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 85 kPa i wskaźnik prekonsolidacji wynosi OCR = 1,5. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 140 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 5,5 mCc = 0,5Cr = 0,05e0 = 0,8σ′0 = 85 kPaOCR = 1,5Δσ = 140 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 7 mcv​ = 3 m²/rok7 mpiasekzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 7 m ma współczynnik konsolidacji cv = 3 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 = 3 m²/rokU = 70%Tv = 0,403drenaż dwustronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 0,5 mH = 2 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 2 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 0,5 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 0,5 mH = 2 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Parcie hydrostatyczneTrudny
zasuwad = 4 mH = 1 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 3 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda morska), z górną krawędzią 4 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 4 mH = 1 mb = 3 mρ = 1025 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
V = 2,8 m/sD = 150 mmL = 500 mf = 0,018

Woda (ρ = 1000 kg/m³) płynie z prędkością 2,8 m/s przez poziomą rurę o długości 500 m i średnicy wewnętrznej 150 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,018 i g = 9,81 m/s². Wyznacz spadek ciśnienia Δp na rurze w kPa.

V = 2,8 m/sL = 500 mD = 150 mmf = 0,018ρ = 1000 kg/m³
Δp = kPa
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 10Δz = 28 mL = 100 m, D = 250 mm, f = 0,0183× kolano (K = 0,3)

Dwa otwarte zbiorniki są połączone rurą o długości 100 m, średnicy wewnętrznej 250 mm i współczynniku tarcia Darcy’ego f = 0,018. Zwierciadło wody w górnym zbiorniku leży 28 m wyżej niż w dolnym. Straty miejscowe to: wlot o ostrej krawędzi (K = 0,5), kolana w liczbie 3 (K = 0,3 każde), zawór (K = 10) i wylot do dolnego zbiornika (K = 1,0). Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz natężenie przepływu Q w L/s.

Δz = 28 mL = 100 mD = 250 mmf = 0,018Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×3)Kvalve = 10Kexit = 1,0
Q = L/s
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
D = 450 mmn = 0,013, S = 0,001

Betonowy kanał deszczowy o średnicy wewnętrznej 450 mm jest wypełniony do połowy. Współczynnik Manninga n = 0,013, a spadek S = 0,001. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

D = 450 mmn = 0,013S = 0,001
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
b = 3 my = 1,6 m2 : 1n = 0,022, Q = 28 m³/s

Trapezowy kanał (czysty grunt) o szerokości dna 3 m i nachyleniu skarp 2:1 (poziomo:pionowo) ma przeprowadzić 28 m³/s w przepływie jednostajnym przy głębokości 1,6 m. Współczynnik Manninga n = 0,022. Wyznacz wymagany spadek dna S (w m/m).

Q = 28 m³/sb = 3 my = 1,6 mz = 2n = 0,022
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 15 L/sH = 68 m

Podczas próby pompa tłoczy 15 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 68 m, a jej wał pobiera 13,3 kW. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz sprawność pompy η w procentach.

Q = 15 L/sH = 68 mPshaft = 13,3 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Pompy i moc pompTrudny
100 kPa (nadciśnienie)PQ = 40 L/sΔz = 22 mL = 150 m, D = 150 mm, f = 0,022, ΣK = 8

Pompa przetłacza 40 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 22 m wyżej. Rura ma długość 150 m, średnicę wewnętrzną 150 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,022; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 8 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Górny zbiornik jest zamknięty, a powietrze nad wodą ma nadciśnienie 100 kPa. Wyznacz wysokość podnoszenia H, którą musi zapewnić pompa.

Q = 40 L/sΔz = 22 mL = 150 mD = 150 mmf = 0,022ΣK = 8ptank = 100 kPa
H = m
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
okresy0123…36511 + EAR = ?19,5% / 365

Karta kredytowa ma nominalną stopę procentową 19,5 % rocznie z kapitalizacją dziennie. Wyznacz efektywną stopę roczną EAR w procentach.

r = 19,5%m = 365
EAR = %
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…N = ?€8 000€200€200€200€2004,2% / 12

Pożyczasz €8 000 przy 4,2 % rocznie z kapitalizacją miesięczną i spłacasz €200 na koniec każdego miesiąca. Ile miesięcy potrwa spłata kredytu (ostatnia rata może być mniejsza)? Podaj liczbę rat N.

P = €8 000A = €2004,2% / 12
N = raty
27.NPV i IRRŚredni
lata0123−20 0007 0004 0006 000

Inwestycja €20 000 daje na koniec lat od 1 do 3 takie przepływy: €7 000, €4 000, €6 000. Koszt kapitału wynosi 9 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

r = 9%CF0 = −20 000CF1 = 7 000CF2 = 4 000CF3 = 6 000
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
r (%)NPVABr* = ?0

Projekt A kosztuje €10 000 i przynosi €5 500, €4 000, €2 500 na koniec lat od 1 do 3. Projekt B kosztuje €15 000 i przynosi €4 000, €5 500, €8 500. Wyznacz stopę graniczną r*, przy której oba projekty mają to samo NPV, w procentach.

A: −10 000, 5 500, 4 000, 2 500B: −15 000, 4 000, 5 500, 8 500
r* = %
29.Rozkład normalnyŚredni
−3−2−10123zzacieniowane pole na prawo od z = 0,9525

Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole pod standardową krzywą normalną, na prawo od z, wynosiło 0,9525. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

A = 0,9525
z =
30.Rozkład normalnyTrudny
235240245250255260265gdół 60%

Rozkład mas worków jest normalny ze średnią 250 g i odchyleniem standardowym 5 g. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane dolne 60% leżało na lewo od niej. Znajdź wartość graniczną x.

μ = 250 gσ = 5 g60%
x = g

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 68 kN

Równowaga wspornika: utwierdzenie może pchać w górę i również przeciwdziałać obrotowi, więc daje reakcję pionową RA i moment utwierdzenia MA. ΣFy = 0 daje RA, a momenty względem ściany dają MA = Σ(obciążenie × odległość od ściany). Obciążenie ciągłe działa jak jego wypadkowa w środku ciężkości wykresu obciążenia.

Wypadkowa obciążenia ciągłego

W = 6·8 = 48 kN, x̄ = 4 m

Równowaga sił pionowych

RA = P + W = 20 + 48 = 68 kN

Odpowiedź

RA = 68 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RB = 39,2 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 = 12 kN/mP = 40 kNABRA​RB​5 m2 m2 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 = 12·2 = 24 kN, przyłożona w x̄ = 8 m
ΣMA = 0: RB·10 = 40·5 + 12·2·8
RB = 392/10 = 39,2 kN
ΣFy = 0: RA = 64 − 39,2 = 24,8 kN

Odpowiedź

RB = 39,2 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAB = −9,019 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.

ABBCACACB10 kNAy​Cy​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·8 = 10·1 → Cy = 1,25 kN
ΣFy = 0: Ay = 10 − 1,25 = 8,75 kN

Węzeł A

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

sin α = 4/4,123 = 0,9701
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −8,75/0,9701 = −9,019 kN

Odpowiedź

FAB = −9,019 kN (ściskanie)
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAB = −43,81 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.

ABBCACACB30 kN20 kNAy​Cy​Ax​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·4 = 30·1 − 20·4 → Cy = −12,5 kN
ΣFy = 0: Ay = 30 − −12,5 = 42,5 kN
ΣFx = 0: Ax = 20 kN

Węzeł A

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

sin α = 4/4,123 = 0,9701
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −42,5/0,9701 = −43,81 kN

Odpowiedź

FAB = −43,81 kN (ściskanie)
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = 35 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. Przyłożony moment skupiony powoduje skok na wykresie momentów zginających o wartość tego momentu.

Reakcje podpór

Momenty względem A, przeciwnie do ruchu wskazówek zegara dodatnie: RB·L − M0 = 0. Równowaga pionowa: RA + RB = 0.

RB = M0/L = 50/5 = 10 kN (w górę)
RA = −RB = −10 kN (w dół)

Przekrój tuż na prawo od momentu skupionego

Lewa część zawiera teraz RA i moment skupiony.

Mx = RA·a + M0 = −10·1,5 + 50 = 35 kN·m

Odpowiedź

Mx = 35 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mmax = 97,5 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. 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 = 3·8 = 24 kN, przyłożona w x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 40·3 + 3·8·4
RB = 216/8 = 27 kN
ΣFy = 0: RA = 64 − 27 = 37 kN

Gdzie V = 0?

V(3⁻) = RA − w·3 = 28 kN
V(3⁺) = 28 − 40 = −12 kN
Siła tnąca zmienia znak w obrębie obciążenia, więc maksimum leży pod obciążeniem.

Moment maksymalny

Mmax = RA·3 − w·3²/2 = 37·3 − 3·3²/2 = 97,5 kN·m

Odpowiedź

Mmax = 97,5 kN·m

Występuje w x = 3 m od A.

7.Ugięcie belki

Odpowiedź: θA = 0,002679 rad

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). Kąt obrotu θ = dv/dx to pierwsza całka z M/(EI); w spójnych jednostkach wychodzi w radianach.

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 = 20 N/mm, L = 3000 mm
EI = 8,4 × 10¹² N·mm²

Kąt obrotu końca

θA = wL³/(24EI) = 20·3000³/(24·8,4 × 10¹²) = 0,002679 rad

Odpowiedź

θA = 0,002679 rad

To 0,1535°.

8.Ugięcie belki

Odpowiedź: Ireq = 13,64 × 10⁶ mm⁴

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).

Warunek ugięcia

δallow = L/360 = 2000/360 = 5,556 mm

Wymagany moment bezwładności

I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·4·2000⁴/(384·11000·5,556) = 1,364 × 10⁷ mm⁴
Ireq = 13,64 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ireq = 13,64 × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 558,1 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

Przekrój kołowy ma to samo I względem każdej osi.

I = πd⁴/64 = π·60⁴/64 = 636173 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 0,5·3000 = 1500 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·636173/1500² = 558113 N = 558,1 kN

Odpowiedź

Pcr = 558,1 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: d = 80,82 mm

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.

Wymagana siła krytyczna

Pcr = n·P = 2,5·135000 = 337500 N
KL = 0,7·5000 = 3500 mm

Wyznacz średnicę

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·337500·3500²/(π³·200000))^(1/4) = 80,82 mm

Odpowiedź

d = 80,82 mm

Sprawdzenie: smukłość KL/r wynosi 173,2, więc słup jest smukły i wzór Eulera obowiązuje.

11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 7,426 × 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 dwa prostokąty

Mierz każde y od dolnej krawędzi.

półka: Af = 100·30 = 3000 mm², yf = 120 + 30/2 = 135 mm
środnik: Aw = 12·120 = 1440 mm², yw = 120/2 = 60 mm

Środek ciężkości

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (3000·135 + 1440·60)/4440 = 110,7 mm

Twierdzenie Steinera

półka: 100·30³/12 + 3000·(135 − 110,7)² = 2 × 10⁶ mm⁴
środnik: 12·120³/12 + 1440·(60 − 110,7)² = 5,426 × 10⁶ mm⁴
Ix = 2 × 10⁶ + 5,426 × 10⁶ = 7,426 × 10⁶ mm⁴ = 7,426 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 7,426 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: σmax = 33,67 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.

Prostokąt zewnętrzny minus dwa boczne wycięcia

Oba wycięcia razem mają szerokość (B − tw) i wysokość hw = H − 2tf oraz wspólną oś x.

hw = 420 − 2·12 = 396 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (250·420³ − 238·396³)/12
Ix = 3,119 × 10⁸ mm⁴

Naprężenie od zginania

y = 210 mm
σ = M·y/I = 5 × 10⁷·210/3,119 × 10⁸ = 33,67 MPa

Odpowiedź

σmax = 33,67 MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: u = 19,62 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) = 9,81·2 = 19,62 kPa

Odpowiedź

u = 19,62 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 64,64 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·1 + γsat,sand·2 + γsat,clay·4
σ = 15,5·1 + 19·2 + 17,5·4 = 123,5 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·6 = 58,86 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 123,5 − 58,86 = 64,64 kPa

Odpowiedź

σ′ = 64,64 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 403,8 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 = 1,5·85 = 127,5 kPa

Porównaj z naprężeniem prekonsolidacji

σ′f = 85 + 140 = 225 kPa > 127,5 kPa

Osiadanie

Ponowne ściskanie do σ′p, ściskanie pierwotne powyżej.

S = 0,05·5,5/(1 + 0,8)·log₁₀(127,5/85) + 0,5·5,5/(1 + 0,8)·log₁₀(225/127,5)
S = 26,9 + 376,9 = 403,8 mm

Odpowiedź

S = 403,8 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 1,646 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 = 0,403·3,5²/3 = 1,646 lata

Odpowiedź

t = 1,646 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 58,86 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 = 0,5 + 2/2 = 1,5 m
A = H·b = 2·2 = 4 m²
zasuwad = 0,5 mH = 2 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·1,5·4 = 58,86 kN

Odpowiedź

F = 58,86 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 135,7 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 = 4 + 1/2 = 4,5 m
A = H·b = 1·3 = 3 m²
zasuwad = 4 mH = 1 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·4,5·3 = 135,7 kN

Odpowiedź

F = 135,7 kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Δp = 235,2 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) = 0,018·(500/0,15)·2,8²/(2·9,81) = 23,98 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 = 1000·9,81·23,98 = 235200 Pa = 235,2 kPa

Odpowiedź

Δp = 235,2 kPa
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Q = 259,9 L/s

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.

Współczynniki strat

f·L/D = 0,018·100/0,25 = 7,2
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 10 + 1,0 = 12,4

Równanie energii

Obie powierzchnie są otwarte do atmosfery i praktycznie w spoczynku, więc całe Δz jest tracone w rurze.

28 = (7,2 + 12,4)·V²/(2·9,81)
V = √(2·9,81·28/19,6) = 5,294 m/s

Natężenie przepływu

Q = V·π·D²/4 = 5,294·0,04909 = 0,2599 m³/s = 259,9 L/s

Odpowiedź

Q = 259,9 L/s
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 0,04508 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 = 0,07952 m², R = D/4 = 0,1125 m

Prędkość

V = (1/0,013)·0,11252/3·0,0011/2 = 0,5669 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 0,07952·0,5669 = 0,04508 m³/s

Odpowiedź

Q = 0,04508 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,003979 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 = (3 + 2·1,6)·1,6 = 9,92 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 3 + 2·1,6·√(1 + 2²) = 10,16 m
R = A/P = 0,9768 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,022·28/(9,92·0,9845) = 0,06308
S = 0,06308² = 0,003979

Odpowiedź

S = 0,003979

To spadek o 3,979 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: η = 75,23 %

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 = 1000·9,81·0,015·68 = 10,01 kW

Sprawność

η = Ph/Pshaft = 10,01/13,3 = 75,23%

Odpowiedź

η = 75,23%
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: H = 40,03 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 = 0,04/0,01767 = 2,264 m/s
V²/(2g) = 0,2611 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (22 + 8)·0,2611 = 7,834 m

Wysokość ciśnienia

p/(ρ·g) = 100000/(1000·9,81) = 10,19 m

Wysokość podnoszenia pompy

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

H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 22 + 10,19 + 7,834 = 40,03 m

Odpowiedź

H = 40,03 m
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: EAR = 21,52 %

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 na okres

r/m = 0,195/365 = 0,0005342

Kapitalizacja w ciągu roku

EAR = (1 + 0,0005342)365 − 1 = 1,215 − 1 = 21,52%

Odpowiedź

EAR = 21,52%

Efektywna stopa roczna jest zawsze wyższa od nominalnej, gdy odsetki kapitalizuje się częściej niż raz w roku.

26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: N = 44 raty

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.

Przekształć wzór na rentę

i = 0,0035
(1 + i)−N = 1 − 8 000·0,0035/200 = 0,86

Rozwiąż za pomocą logarytmów

N = −ln(0,86)/ln(1,004) = 43,17

Zaokrąglij w górę do pełnych rat

43 pełnych rat pozostawia niewielkie saldo, które spłaca ostatnia, mniejsza rata.

N = 44

Odpowiedź

N = 44 raty
27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −5578 €

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 + 0,09)1 = 7 000/1,09 = 6 422,02
CF2/(1 + 0,09)2 = 4 000/1,188 = 3 366,72
CF3/(1 + 0,09)3 = 6 000/1,295 = 4 633,10

Zsumuj

NPV = €−5 578,16

Odpowiedź

NPV = €−5 578,16

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

28.NPV i IRR

Odpowiedź: r* = 5,727 %

Stopa graniczna (punkt Fishera): stopa dyskontowa, przy której dwa projekty mają to samo NPV. Jest to IRR różnicy ich przepływów (B − A). Poniżej niej wyższe NPV ma projekt z późniejszymi, większymi przepływami; powyżej wygrywa drugi.

Różnica przepływów

ΔCF0 = −15 000 − (−10 000) = −5 000
ΔCF1 = 4 000 − 5 500 = −1 500
ΔCF2 = 5 500 − 4 000 = 1 500
ΔCF3 = 8 500 − 2 500 = 6 000

IRR różnicy

NPVΔ(5%) = 115,00
NPVΔ(6%) = −42,38
r* = 5,727%

Odpowiedź

r* = 5,727%

Sprawdzenie: przy 5,727% oba NPV wynoszą €895,83.

29.Rozkład normalny

Odpowiedź: z = −1,67

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 − 0,9525 = 0,0475

Czytaj tablicę z wstecz

Znajdź 0,0475 wewnątrz tablicy i odczytaj z.

z = −1,67

Odpowiedź

z = −1,67
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 251,3 g

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) = 0,6

z z tablicy

z ≈ 0,25

Z powrotem do pierwotnych jednostek

x = 250 + 0,25·5 = 251,3 g

Odpowiedź

x = 251,3 g

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