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​ = 30 kNP2​ = 15 kNABRA​ = ?RB​7 m2 m1 m

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

L = 10 mP1 = 30 kN w 7 mP2 = 15 kN w 9 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
P = 70 kN, 45°Q = 30 kNABRA​ = ?0,5 m3 m0,5 m

Belka swobodnie podparta ma podporę przegubową nieprzesuwną w A i przesuwną w B. W odległości 0,5 m od A działa siła P nachylona pod kątem 45° do poziomu, a w odległości 3,5 m od A pionowa siła Q. Wyznacz wartość całkowitej siły reakcji RA w podporze nieprzesuwnej A.

L = 4 mP = 70 kN w 0,5 m, θ = 45°Q = 30 kN w 3,5 m
RA = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABCDEFGH40 kN35 kN20 kN4 × 4 m4 m

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

D: 40 kN ↓G: 35 kN ↓H: 20 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
ABBCACACB35 kN20 kN4 m1 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 1 m od Aobciążenie pionowe = 35 kNobciążenie poziome = 20 kN ←
FAB = kN
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
55 kN20 kNABCDEFG1 m1 m1 m1 m1 m1 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.

55 kN @ 1 m20 kN @ 5 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 1 m)
  3. 3C (x = 2 m)
  4. 4D (x = 3 m)
  5. 5E (x = 4 m)
  6. 6F (x = 5 m)
  7. 7G (x = 6 m)
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
55 kN40 kN30 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.

55 kN @ 0 m40 kN @ 12 m30 kN @ 6 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)
7.Ugięcie belkiŚredni
P = 5 kNABδ3 m1 m

Wspornik o długości L jest utwierdzony w A i przenosi siłę skupioną P w odległości a = 3 m od A. Wyznacz ugięcie δB swobodnego końca B.

P = 5 kNa = 3 mL = 4 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)I = 84 × 10⁶ mm⁴
δB = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 15 kN/mP = 2 kNδL = 2,5 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 = 2 kNw = 15 kN/mL = 2,5 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 3 md = 60 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 = 3 mE = 200 GPa (stal)d = 60 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
PL = 2 md = 25 mmprzekrój poprzeczny

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

L = 2 mE = 200 GPa (stal)d = 25 mm
σcr = MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
100 mm300 mm195 mmØ60xIx​ = ?

Płyta 100 mm × 300 mm ma okrągły otwór o średnicy 60 mm na pionowej osi symetrii, ze środkiem 195 mm nad dolną krawędzią. Wyznacz moment bezwładności przekroju Ix względem osi poziomej przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 100 mmh = 300 mmd = 60 mmśrodek otworu: y = 195 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
20028018290128xwymiary w mm

Spawany dwuteownik ma półkę górną 200 × 18 mm, środnik o wysokości 290 mm i grubości 8 mm oraz półkę dolną 280 × 12 mm (szerokość × grubość). Wyznacz jego moment bezwładności Ix względem poziomej osi x przechodzącej przez środek ciężkości.

półka górna: 200 × 18 mmśrodnik: 8 × 290 mmpółka dolna: 280 × 12 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 16,5 kN/m³γsat​ = 20,5 kN/m³13 mzwierciadło wody gruntowejXz = 10 m

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

z = 10 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16,5 kN/m³piasek: γsat = 20,5 kN/m³
u = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 16,5 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³3 mglinaγsat​ = 18 kN/m³8 mzwierciadło wody gruntowejXz = 7 m

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

z = 7 mzw = 2 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16,5 kN/m³piasek: γsat = 18,5 kN/m³glina: γsat = 18 kN/m³
u = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 50 kPapiasekglinaCc​ = 0,45, Cr​ = 0,05e0​ = 0,85σ′0​ = 50 kPaσ′p​ = 110 kPa5 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 5 m ma Cc = 0,45, Cr = 0,05 i e₀ = 0,85. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 50 kPa i naprężenie prekonsolidacji wynosi 110 kPa. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 50 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 5 mCc = 0,45Cr = 0,05e0 = 0,85σ′0 = 50 kPaσ′p = 110 kPaΔσ = 50 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 3,5 mcv​ = 4 m²/rok3,5 mpiasekzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 3,5 m ma współczynnik konsolidacji cv = 4 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 = 3,5 mcv = 4 m²/rokU = 70%Tv = 0,403drenaż dwustronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 2 mH = 1,5 m

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

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

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 1,5 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 4 m pod powierzchnią. Wyznacz głębokość ycp środka parcia pod powierzchnią.

d = 4 mH = 2,5 mb = 1,5 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
V = 1,3 m/sD = 200 mmL = 800 mf = 0,018

Woda płynie z prędkością średnią 1,3 m/s przez rurę o długości 800 m i średnicy wewnętrznej 200 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,018 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

V = 1,3 m/sL = 800 mD = 200 mmf = 0,018g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 10swobodny wypływH = ?L = 300 m, D = 300 mm, f = 0,023× kolano (K = 0,3)

Rura o długości 300 m i średnicy wewnętrznej 300 mm (współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,02) wychodzi z otwartego zbiornika i wypływa swobodnym strumieniem do atmosfery. Straty miejscowe to: wlot o ostrej krawędzi (K = 0,5), kolana w liczbie 3 (K = 0,3 każde) i zawór (K = 10). Przyjmij g = 9,81 m/s². O ile H zwierciadło wody w zbiorniku musi leżeć wyżej niż wylot rury, aby natężenie przepływu wynosiło 150 L/s?

Q = 150 L/sL = 300 mD = 300 mmf = 0,02Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×3)Kvalve = 10
H = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
b = 2,5 my = 1,1 m1,5 : 1n = 0,022, S = 0,002

Trapezowy kanał (czysty grunt) ma szerokość dna 2,5 m i nachylenie skarp 1,5:1 (poziomo:pionowo). Woda płynie ruchem jednostajnym na głębokości 1,1 m. Współczynnik Manninga n = 0,022, a spadek dna S = 0,002. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

b = 2,5 my = 1,1 mz = 1,5n = 0,022S = 0,002
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
D = 450 mmn = 0,013, V = 0,75 m/s

Betonowy kanał ściekowy o średnicy wewnętrznej 450 mm (współczynnik Manninga n = 0,013) musi przy całkowitym wypełnieniu osiągnąć prędkość samooczyszczania 0,75 m/s. Wyznacz minimalny spadek S (w m/m).

D = 450 mmn = 0,013V = 0,75 m/s
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 20 L/sH = 20 m

Podczas próby pompa tłoczy 20 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 20 m, a jej wał pobiera 4,8 kW. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz sprawność pompy η w procentach.

Q = 20 L/sH = 20 mPshaft = 4,8 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Pompy i moc pompTrudny
PQ = 60 L/sΔz = 6 mL = 150 m, D = 200 mm, f = 0,022, ΣK = 6

Pompa przetłacza 60 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 200 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,022; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 6 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz wysokość podnoszenia H, którą musi zapewnić pompa.

Q = 60 L/sΔz = 6 mL = 150 mD = 200 mmf = 0,022ΣK = 6
H = m
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123…9PV = ?€8 000+2,5%+2,5%…r = 7,5%

Nieruchomość ma w przyszłym roku przynieść czynsz netto €8 000. Oczekuje się, że czynsz będzie rósł o 2,5 % rocznie bez końca. Wymagana stopa zwrotu wynosi 7,5 % rocznie. Wyznacz dzisiejszą wartość PV nieruchomości.

C1 = €8 000g = 2,5%r = 7,5%
PV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące01…60…360€200 000AB = ?A2,4% / 12

Kredyt hipoteczny €200 000 jest spłacany w równych ratach miesięcznych przez 30 lat przy 2,4 % rocznie z kapitalizacją miesięczną. Ile pozostaje do spłaty tuż po racie na koniec roku 5? Wyznacz saldo zadłużenia B.

P = €200 0002,4% / 12N = 360k = 60
B = €
27.NPV i IRRŚredni
lata0123−45 00012 00013 00012 000

Inwestycja €45 000 daje na koniec lat od 1 do 3 takie przepływy: €12 000, €13 000, €12 000. Koszt kapitału wynosi 6 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

r = 6%CF0 = −45 000CF1 = 12 000CF2 = 13 000CF3 = 12 000
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata0123−40 00029 50018 50020 500

Projekt kosztuje €40 000 i przynosi €29 500, €18 500, €20 500 na koniec lat od 1 do 3. Wyznacz jego wewnętrzną stopę zwrotu IRR w procentach.

CF0 = −40 000CF1 = 29 500CF2 = 18 500CF3 = 20 500
IRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
400 g407,6 gT = X₁ + … + X₁₀?

Masy śrub są niezależne i mają rozkład normalny ze średnią 40 g i odchyleniem standardowym 1,2 g. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że łączna masa 10 z nich przekroczy 407,6 g. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

μ = 40 gσ = 1,2 gn = 10> 407,6 g
P =
30.Rozkład normalnyTrudny
μ = 65x = ?95%

Rozkład wyników egzaminu jest normalny ze średnią 65 pkt i odchyleniem standardowym 10 pkt. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 95% wszystkich wartości (95. percentyl).

μ = 65σ = 10P = 95%
x = pkt

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 10,5 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​ = 30 kNP2​ = 15 kNABRA​RB​7 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.

ΣMA = 0: RB·10 = 30·7 + 15·9
RB = 345/10 = 34,5 kN
ΣFy = 0: RA = 45 − 34,5 = 10,5 kN

Odpowiedź

RA = 10,5 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 68,3 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.

Składowe P

Pv = 70·sin 45° = 49,5 kN
Ph = 70·cos 45° = 49,5 kN

Reakcje

ΣMA = 0: RB·4 = 49,5·0,5 + 30·3,5 → RB = 32,44 kN
Ay = 49,5 + 30 − 32,44 = 47,06 kN
Ax = Ph = 49,5 kN

Wypadkowa w A

RA = √(49,5² + 47,06²) = 68,3 kN

Odpowiedź

RA = 68,3 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: 32,5 kN (T), BC: 32,5 kN (T), CD: 62,5 kN (T), DE: 62,5 kN (T), FG: 65 kN (C), GH: 65 kN (C), AF: 45,96 kN (C), HE: 88,39 kN (C), BF: 0, CG: 35 kN (C), DH: 40 kN (T), FC: 45,96 kN (T), HC: 3,536 kN (T)

Odpowiedź

Pręt zerowy: BF
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAB = −43,48 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.

ABBCACACB35 kN20 kNAy​Cy​Ax​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·4 = 35·1 − 20·3 → Cy = −6,25 kN
ΣFy = 0: Ay = 35 − −6,25 = 41,25 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 = 3/3,162 = 0,9487
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −41,25/0,9487 = −43,48 kN

Odpowiedź

FAB = −43,48 kN (ściskanie)
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: B (x = 1 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 = 49,17 kN, R2 = 25,83 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 = 49,17 kN·m, MC = 43,33, MD = 37,5, ME = 31,67, MF = 25,83, MG = 0

Odpowiedź

Punkt B: MB = 49,17 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: B (x = 2 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 = 73,75 kN, R2 = 51,25 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 = −110 kN·m, MC = −72,5, MD = −35, ME = −57,5, MF = −80, MG = 0

Odpowiedź

Punkt B: MB = −110 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δB = 73,05 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 = 5000 N, a = 3000 mm, L = 4000 mm
EI = 9,24 × 10¹¹ N·mm²

Ugięcie swobodnego końca

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

δP = Pa³/(3EI) = 48,7 mm
θP = Pa²/(2EI) = 0,02435 rad
δB = δP + θP·(L − a) = Pa²(3L − a)/(6EI) = 73,05 mm

Odpowiedź

δB = 73,05 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 6,273 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 = 2000 N, w = 15 N/mm, L = 2500 mm, EI = 1,32 × 10¹² N·mm²

Każde obciążenie osobno

δP = PL³/(48EI) = 2000·2500³/(48·1,32 × 10¹²) = 0,4932 mm
δw = 5wL⁴/(384EI) = 5·15·2500⁴/(384·1,32 × 10¹²) = 5,78 mm

Dodaj

δmax = 0,4932 + 5,78 = 6,273 mm

Odpowiedź

δmax = 6,273 mm
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 34,88 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 = 2·3000 = 6000 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·636173/6000² = 34882 N = 34,88 kN

Odpowiedź

Pcr = 34,88 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: σcr = 39,34 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·25⁴/64 = 19175 mm⁴

Promień bezwładności i smukłość

A = 490,9 mm²
r = √(I/A) = √(19175/490,9) = 6,25 mm
KL = 0,7·2000 = 1400 mm
KL/r = 1400/6,25 = 224

Naprężenie krytyczne

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/224² = 39,34 MPa

Odpowiedź

σcr = 39,34 MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 218 × 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 − 2827·195)/(30000 − 2827) = 145,3 mm

Pełna płyta względem ȳ

100·300³/12 + 30000·4,682² = 225,7 × 10⁶ mm⁴

Otwór względem ȳ

π·60⁴/64 + 2827·49,68² = 7,615 × 10⁶ mm⁴

Odejmij

Ix = 218 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 218 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 178,1 × 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 trzy prostokąty

Mierz każde y od dolnej krawędzi.

półka górna: A = 3600 mm², y = 311 mm
środnik: A = 2320 mm², y = 157 mm
półka dolna: A = 3360 mm², y = 6 mm

Środek ciężkości

ȳ = (3600·311 + 2320·157 + 3360·6)/9280 = 162,1 mm

Twierdzenie Steinera

półka górna: 200·18³/12 + 3600·148,9² = 7,995 × 10⁷ mm⁴
środnik: 8·290³/12 + 2320·5,069² = 1,632 × 10⁷ mm⁴
półka dolna: 280·12³/12 + 3360·156,1² = 8,188 × 10⁷ mm⁴
Ix = 7,995 × 10⁷ + 1,632 × 10⁷ + 8,188 × 10⁷
Ix = 1,781 × 10⁸ mm⁴ = 178,1 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 178,1 × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: u = 68,67 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) = 9,81·7 = 68,67 kPa

Odpowiedź

u = 68,67 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: u = 49,05 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) = 9,81·5 = 49,05 kPa

Odpowiedź

u = 49,05 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 40,68 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.

Porównaj z naprężeniem prekonsolidacji

σ′f = 50 + 50 = 100 kPa ≤ 110 kPa

Osiadanie

Glina pozostaje na linii ponownego ściskania.

S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,05·5/(1 + 0,85)·log₁₀(100/50) = 40,68 mm

Odpowiedź

S = 40,68 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 0,3085 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 = 3,5/2 = 1,75 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,403·1,75²/4 = 0,3085 lata

Odpowiedź

t = 0,3085 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 80,93 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 = 1,5·2 = 3 m²
zasuwad = 2 mH = 1,5 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,75·3 = 80,93 kN

Odpowiedź

F = 80,93 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: ycp = 5,349 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 = 4 + 2,5/2 = 5,25 m
A = H·b = 2,5·1,5 = 3,75 m²
zasuwad = 4 mH = 2,5 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·5,25·3,75 = 193,1 kN

Środek parcia

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

Ic = b·H³/12 = 1,5·2,5³/12 = 1,953 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 5,25 + 1,953/(5,25·3,75) = 5,349 m

Odpowiedź

ycp = 5,349 m
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 6,202 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) = 1,3²/(2·9,81) = 0,08614 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,018·(800/0,2)·1,3²/(2·9,81) = 6,202 m

Odpowiedź

hf = 6,202 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: H = 7,436 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 = 0,15/0,07069 = 2,122 m/s
V²/(2g) = 0,2295 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,02·300/0,3 = 20
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 10 = 11,4

Równanie energii

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

H = (1 + 20 + 11,4)·0,2295 = 7,436 m

Odpowiedź

H = 7,436 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 7,358 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 + z·y)·y = (2,5 + 1,5·1,1)·1,1 = 4,565 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2,5 + 2·1,1·√(1 + 1,5²) = 6,466 m
R = A/P = 0,706 m

Prędkość

V = (1/0,022)·0,7062/3·0,0021/2 = 1,612 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 4,565·1,612 = 7,358 m³/s

Odpowiedź

Q = 7,358 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,00175 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 = 0,45/4 = 0,1125 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S = (n·V/R2/3)² = (0,013·0,75/0,233)² = 0,00175

Odpowiedź

S = 0,00175

To spadek o 1,75 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: η = 81,75 %

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 = 1000·9,81·0,02·20 = 3,924 kW

Sprawność

η = Ph/Pshaft = 3,924/4,8 = 81,75%

Odpowiedź

η = 81,75%
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: H = 10,18 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 = 0,06/0,03142 = 1,91 m/s
V²/(2g) = 0,1859 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (16,5 + 6)·0,1859 = 4,183 m

Wysokość podnoszenia pompy

Oba zwierciadła są otwarte i praktycznie w spoczynku, więc człony ciśnienia i prędkości znikają.

H = Δz + hL = 6 + 4,183 = 10,18 m

Odpowiedź

H = 10,18 m
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: PV = 160000 €

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) = 8 000/(0,075 − 0,025) = 8 000/0,05 = €160 000,00

Odpowiedź

PV = €160 000,00
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: B = 175809 €

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.

Rata miesięczna

i = 0,002, N = 360
A = 200 000·0,002/(1 − (1 + 0,002)−360) = €779,88

Wartość bieżąca pozostałych rat

To, co pozostaje do spłaty, musi zostać dokładnie spłacone pozostałymi ratami.

N − k = 360 − 60 = 300
B = 779,9·(1 − (1 + 0,002)−300)/0,002 = €175 808,74

Odpowiedź

B = €175 808,74
27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −12034 €

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 + 0,06)1 = 12 000/1,06 = 11 320,75
CF2/(1 + 0,06)2 = 13 000/1,124 = 11 569,95
CF3/(1 + 0,06)3 = 12 000/1,191 = 10 075,43

Zsumuj

NPV = €−12 033,86

Odpowiedź

NPV = €−12 033,86

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

28.NPV i IRR

Odpowiedź: IRR = 35,68 %

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(35%) = 334,81
NPV(40%) = −2 018,95

Zawężaj

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

IRR ≈ 35 + 5·334,81/(334,81 − (−2 018,95)) = 35,71%
dokładnie: NPV(35,68%) = 0 → IRR = 35,68%

Odpowiedź

IRR = 35,68%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,02275

Sumy i różnice zmiennych normalnych: jeśli X i Y są niezależne i mają rozkład normalny, to X + Y i X − Y również mają rozkład normalny. Średnie dodają się lub odejmują: E(X ± Y) = μX ± μY. Wariancje zawsze się dodają, także dla różnicy: Var(X ± Y) = σX² + σY², więc σ = √(σX² + σY²). Odchylenia standardowe nigdy nie dodają się bezpośrednio. Suma n niezależnych elementów o tym samym rozkładzie ma średnią n·μ i odchylenie standardowe σ·√n. Potem standaryzuj jak zwykle: z = (x − średnia)/σ i odczytaj Φ(z).

Rozkład sumy całkowitej

μT = 400 g, σT = 1,2·√10 = 3,795 g

Standaryzuj

z = (407,6 − 400)/3,795 = 2

Prawdopodobieństwo

P = 1 − Φ(2) = 0,02275

Odpowiedź

P = 0,02275
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 81,45 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) = 0,95 → z = 1,645

Powrót do x

x = 65 + 1,645·10 = 81,45 pkt

Odpowiedź

x = 81,45 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