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​ = 10 kNP2​ = 15 kNABRA​RB​ = ?2,5 m1 m1,5 m

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

L = 5 mP1 = 10 kN w 2,5 mP2 = 15 kN w 3,5 m
RB = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 6 kN/mP = 55 kNABRA​ = ?RB​1 m4 m

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

L = 5 mP = 55 kN w 1 mw = 6 kN/m od 0 do 1 m
RA = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABCDEFGH35 kN35 kN30 kN25 kN4 × 3 m4 m

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

B: 35 kN ↓D: 35 kN ↓F: 30 kN ↓G: 25 kN ↓
  1. 1pręt AB
  2. 2pręt BC
  3. 3pręt CD
  4. 4pręt DE
  5. 5pręt FG
  6. 6pręt GH
  7. 7pręt AF
  8. 8pręt HE
  9. 9pręt BF
  10. 10pręt CG
  11. 11pręt DH
  12. 12pręt BG
  13. 13pręt DG
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABBCACACB30 kN20 kN4 m3 m2 m

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

rozpiętość = 4 mwysokość = 2 mB jest 3 m od Aobciążenie pionowe = 30 kNobciążenie poziome = 20 kN ←
FAB = kN
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
w = 8 kN/mABprzekrój0,5 m5,5 m

Wyznacz moment zginający Mx w przekroju x = 0,5 m od podpory A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 6 mw = 8 kN/m od 0 do 6 mx = 0,5 m
Mx = kN·m
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
35 kN25 kN60 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.

35 kN @ 0 m25 kN @ 6 m60 kN @ 3 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)
7.Ugięcie belkiŚredni
P = 2 kNABδ1 m1,5 m

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

P = 2 kNa = 1 mL = 2,5 mE = 70 GPa (aluminium)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δB = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 10 kN/mP = 5 kNδL = 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 = 5 kNw = 10 kN/mL = 5 mE = 70 GPa (aluminium)I = 36 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 4 m40 × 60 mmprzekrój poprzeczny

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

L = 4 mE = 70 GPa (aluminium)b × h = 40 × 60 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
P = 20 kNL = 1,5 md = ?przekrój poprzeczny

Pełny słup okrągły o długości L z materiału (stal) jest utwierdzony u podstawy i wolny u góry. Ma przenieść 20 kN przy współczynniku bezpieczeństwa 2,5 względem wyboczenia. Wyznacz najmniejszą średnicę d.

P = 20 kNn = 2,5L = 1,5 mE = 200 GPa (stal)
d = mm
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
200 mm150 mm60 mmØ60xIx​ = ?

Płyta 200 mm × 150 mm ma okrągły otwór o średnicy 60 mm na pionowej osi symetrii, ze środkiem 60 mm nad dolną krawędzią. Wyznacz moment bezwładności przekroju Ix względem osi poziomej przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 200 mmh = 150 mmd = 60 mmśrodek otworu: y = 60 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
150 mm150 mm90 mm40 × 20xIx​ = ?

Płyta 150 mm × 150 mm ma prostokątne wycięcie o szerokości 40 mm i wysokości 20 mm, umieszczone na pionowej osi symetrii, ze środkiem 90 mm nad dolną krawędzią. Wyznacz moment bezwładności przekroju Ix względem osi poziomej przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 150 mmh = 150 mmwycięcie: 40 × 20 mmśrodek otworu: y = 90 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 16,5 kN/m³γsat​ = 19 kN/m³8 mzwierciadło wody gruntowejXz = 3 m

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

z = 3 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16,5 kN/m³piasek: γsat = 19 kN/m³
σ′ = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³3 mglinaγsat​ = 17,5 kN/m³5 mzwierciadło wody gruntowejXz = 5,5 m

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

z = 5,5 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³glina: γsat = 17,5 kN/m³
σ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 160 kPapiasekglinaCc​ = 0,2, Cr​ = 0,05e0​ = 0,75σ′0​ = 70 kPaOCR = 24,5 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 4,5 m ma Cc = 0,2, Cr = 0,05 i e₀ = 0,75. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 70 kPa i wskaźnik prekonsolidacji wynosi OCR = 2. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 160 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 4,5 mCc = 0,2Cr = 0,05e0 = 0,75σ′0 = 70 kPaOCR = 2Δσ = 160 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 10 mcv​ = 4 m²/rok10 mpiasekzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 10 m ma współczynnik konsolidacji cv = 4 m²/rok. Leży między dwiema warstwami piasku, więc woda odpływa górą i dołem. Dla średniego stopnia konsolidacji 50% czynnik czasu wynosi Tv = 0,197. Po ilu latach t warstwa osiągnie 50% konsolidacji?

H = 10 mcv = 4 m²/rokU = 50%Tv = 0,197drenaż dwustronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
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 wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

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

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 1,5 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 = 2,5 mb = 1,5 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
Q = 60 L/sD = 200 mmL = 50 mf = 0,025

Woda płynie z natężeniem 60 L/s przez rurę o długości 50 m i średnicy wewnętrznej 200 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,025 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

Q = 60 L/sL = 50 mD = 200 mmf = 0,025g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 10swobodny wypływH = ?L = 100 m, D = 200 mm, f = 0,023× kolano (K = 0,3)

Rura o długości 100 m i średnicy wewnętrznej 200 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 40 L/s?

Q = 40 L/sL = 100 mD = 200 mmf = 0,02Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×3)Kvalve = 10
H = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
D = 450 mmn = 0,013, S = 0,002

Betonowy kanał deszczowy o średnicy wewnętrznej 450 mm jest wypełniony dokładnie całkowicie (pracuje jako kanał otwarty, nie pod ciśnieniem). Współczynnik Manninga n = 0,013, a spadek S = 0,002. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

D = 450 mmn = 0,013S = 0,002
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
b = 5 my = 1,1 mn = 0,014, Q = 18 m³/s

Prostokątny kanał (niewygładzony beton) o szerokości 5 m ma przeprowadzić 18 m³/s w przepływie jednostajnym przy głębokości 1,1 m. Współczynnik Manninga n = 0,014. Wyznacz wymagany spadek dna S (w m/m).

Q = 18 m³/sb = 5 my = 1,1 mn = 0,014
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 150 L/sH = 36 m

Podczas próby pompa tłoczy 150 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 36 m, a jej wał pobiera 64,6 kW. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz sprawność pompy η w procentach.

Q = 150 L/sH = 36 mPshaft = 64,6 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Pompy i moc pompTrudny
100 kPa (nadciśnienie)PQ = 25 L/sΔz = 6 mL = 200 m, D = 150 mm, f = 0,018, ΣK = 6

Pompa przetłacza 25 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 6 m wyżej. Rura ma długość 200 m, średnicę wewnętrzną 150 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,018; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 6 (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 = 25 L/sΔz = 6 mL = 200 mD = 150 mmf = 0,018ΣK = 6ptank = 100 kPa
H = m
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123…19€10 000FV = ?

Inwestujesz €10 000 przy stopie 7 % rocznie z kapitalizacją ciągłą. Wyznacz wartość FV po 19 latach.

PV = €10 000r = 7%t = 19
FV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…240€200 000A?AAA

Kredyt €200 000 spłaca się równymi ratami miesięcznymi przez 20 lat. Oprocentowanie wynosi 6 % rocznie z miesięczną kapitalizacją. Wyznacz ratę miesięczną A.

P = €200 0006% / 12N = 240
A = €
27.NPV i IRRŚredni
lata0123…9−250 00018 000+3%+3%…r = 11%, NPV = ?

Projekt kosztuje dziś €250 000. Na koniec pierwszego roku przynosi €18 000, a potem przepływ rośnie o 3 % rocznie bez końca. Koszt kapitału wynosi 11 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

C0 = €250 000CF1 = €18 000g = 3%r = 11%
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata0123−25 00013 50018 00010 500

Projekt kosztuje €25 000 i przynosi €13 500, €18 000, €10 500 na koniec lat od 1 do 3. Wyznacz jego wewnętrzną stopę zwrotu IRR w procentach.

CF0 = −25 000CF1 = 13 500CF2 = 18 000CF3 = 10 500
IRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
245,25254,25P = ?

Rozkład mas worków jest normalny ze średnią 250 g i odchyleniem standardowym 5 g. Jaka część wartości leży między 245,25 a 254,25 g? Podaj P w postaci dziesiętnej.

μ = 250σ = 5x1 = 245,25x2 = 254,25
P =
30.Rozkład normalnyTrudny
557085100115130145pktgóra 10%

Rozkład wyników testu IQ jest normalny ze średnią 100 pkt i odchyleniem standardowym 15 pkt. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane górne 10% leżało na prawo od niej. Znajdź wartość graniczną x.

μ = 100 pktσ = 15 pkt10%
x = pkt

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RB = 15,5 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​ = 10 kNP2​ = 15 kNABRA​RB​2,5 m1 m1,5 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·5 = 10·2,5 + 15·3,5
RB = 77,5/5 = 15,5 kN
ΣFy = 0: RA = 25 − 15,5 = 9,5 kN

Odpowiedź

RB = 15,5 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 49,4 kN

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

w = 6 kN/mP = 55 kNABRA​RB​1 m4 m

Schemat sił

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

Równowaga

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

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 6·1 = 6 kN, przyłożona w x̄ = 0,5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 55·1 + 6·1·0,5
RB = 58/5 = 11,6 kN
ΣFy = 0: RA = 61 − 11,6 = 49,4 kN

Odpowiedź

RA = 49,4 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: pręt CG

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

Węzeł C

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

ΣF⊥ = 0 → FCG = 0

Sprawdź metodą węzłów

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

AB: 52,5 kN (T), BC: 56,25 kN (T), CD: 56,25 kN (T), DE: 41,25 kN (T), FG: 52,5 kN (C), GH: 41,25 kN (C), AF: 87,5 kN (C), HE: 68,75 kN (C), BF: 40 kN (T), CG: 0, DH: 55 kN (T), BG: 6,25 kN (C), DG: 25 kN (C)

Odpowiedź

Pręt zerowy: CG
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAB = −31,55 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 = 30·3 − 20·2 → Cy = 12,5 kN
ΣFy = 0: Ay = 30 − 12,5 = 17,5 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 = 2/3,606 = 0,5547
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −17,5/0,5547 = −31,55 kN

Odpowiedź

FAB = −31,55 kN (ściskanie)
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = 11 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 = 8·6 = 48 kN, przyłożona w x̄ = 3 m
ΣMA = 0: RB·6 = 8·6·3
RB = 144/6 = 24 kN
ΣFy = 0: RA = 48 − 24 = 24 kN
w = 8 kN/mABRA​ = 24RB​ = 24przekrój0,5 m5,5 m

Przetnij w x = 0,5 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 = 24·0,5 − 8·0,5·0,25 = 11 kN·m

Odpowiedź

Mx = 11 kN·m
6.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 = 67,5 kN, R2 = 52,5 kN

Moment zginający w każdym punkcie

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

MA = 0, MB = −35 kN·m, MC = −2,5, MD = 30, ME = 2,5, MF = −25, MG = 0

Odpowiedź

Punkt B: MB = −35 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δB = 2,579 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, a = 1000 mm, L = 2500 mm
EI = 8,4 × 10¹¹ N·mm²

Ugięcie swobodnego końca

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

δP = Pa³/(3EI) = 0,7937 mm
θP = Pa²/(2EI) = 0,00119 rad
δB = δP + θP·(L − a) = Pa²(3L − a)/(6EI) = 2,579 mm

Odpowiedź

δB = 2,579 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 37,46 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, w = 10 N/mm, L = 5000 mm, EI = 2,52 × 10¹² N·mm²

Każde obciążenie osobno

δP = PL³/(48EI) = 5000·5000³/(48·2,52 × 10¹²) = 5,167 mm
δw = 5wL⁴/(384EI) = 5·10·5000⁴/(384·2,52 × 10¹²) = 32,29 mm

Dodaj

δmax = 5,167 + 32,29 = 37,46 mm

Odpowiedź

δmax = 37,46 mm
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 55,27 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 = 60·40³/12 = 320000 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 0,5·4000 = 2000 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·320000/2000² = 55270 N = 55,27 kN

Odpowiedź

Pcr = 55,27 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: d = 46,42 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 = 2,5·20000 = 50000 N
KL = 2·1500 = 3000 mm

Wyznacz średnicę

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·50000·3000²/(π³·200000))^(1/4) = 46,42 mm

Odpowiedź

d = 46,42 mm

Sprawdzenie: smukłość KL/r wynosi 258,5, więc słup jest smukły i wzór Eulera obowiązuje.

11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 54,91 × 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 = (30000·75 − 2827·60)/(30000 − 2827) = 76,56 mm

Pełna płyta względem ȳ

200·150³/12 + 30000·−1,561² = 56,32 × 10⁶ mm⁴

Otwór względem ȳ

π·60⁴/64 + 2827·−16,56² = 1,412 × 10⁶ mm⁴

Odejmij

Ix = 54,91 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 54,91 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 41,97 × 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 = (22500·75 − 800·90)/(22500 − 800) = 74,45 mm

Pełna płyta względem ȳ

150·150³/12 + 22500·0,553² = 42,19 × 10⁶ mm⁴

Otwór względem ȳ

40·20³/12 + 800·15,55² = 0,2202 × 10⁶ mm⁴

Odejmij

Ix = 41,97 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 41,97 × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 34,88 kPa

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

Naprężenie całkowite

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

σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 16,5·1 + 19·2 = 54,5 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·2 = 19,62 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 54,5 − 19,62 = 34,88 kPa

Odpowiedź

σ′ = 34,88 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ = 99,75 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·2,5
σ = 16·1 + 20·2 + 17,5·2,5 = 99,75 kPa

Odpowiedź

σ = 99,75 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 149,6 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 = 2·70 = 140 kPa

Porównaj z naprężeniem prekonsolidacji

σ′f = 70 + 160 = 230 kPa > 140 kPa

Osiadanie

Ponowne ściskanie do σ′p, ściskanie pierwotne powyżej.

S = 0,05·4,5/(1 + 0,75)·log₁₀(140/70) + 0,2·4,5/(1 + 0,75)·log₁₀(230/140)
S = 38,7 + 110,9 = 149,6 mm

Odpowiedź

S = 149,6 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 1,231 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 = 10/2 = 5 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,197·5²/4 = 1,231 lata

Odpowiedź

t = 1,231 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 193,1 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 + 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

Odpowiedź

F = 193,1 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 119,6 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 + 2,5/2 = 3,25 m
A = H·b = 2,5·1,5 = 3,75 m²
zasuwad = 2 mH = 2,5 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3,25·3,75 = 119,6 kN

Odpowiedź

F = 119,6 kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 1,162 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 średnia

A = π·0,2²/4 = 0,03142 m²
V = Q/A = 0,06/0,03142 = 1,91 m/s

Wysokość prędkości

V²/(2g) = 1,91²/(2·9,81) = 0,1859 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,025·(50/0,2)·1,91²/(2·9,81) = 1,162 m

Odpowiedź

hf = 1,162 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: H = 1,851 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 = 0,04/0,03142 = 1,273 m/s
V²/(2g) = 0,08263 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,02·100/0,2 = 10
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 + 10 + 11,4)·0,08263 = 1,851 m

Odpowiedź

H = 1,851 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 0,1275 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 = 0,159 m², R = D/4 = 0,1125 m

Prędkość

V = (1/0,013)·0,11252/3·0,0021/2 = 0,8017 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 0,159·0,8017 = 0,1275 m³/s

Odpowiedź

Q = 0,1275 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,003006 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·y = 5·1,1 = 5,5 m²
P = b + 2y = 5 + 2·1,1 = 7,2 m
R = A/P = 0,7639 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,014·18/(5,5·0,8356) = 0,05483
S = 0,05483² = 0,003006

Odpowiedź

S = 0,003006

To spadek o 3,006 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: η = 82 %

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 = 1000·9,81·0,15·36 = 52,97 kW

Sprawność

η = Ph/Pshaft = 52,97/64,6 = 82%

Odpowiedź

η = 82%
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: H = 19,25 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 = 0,025/0,01767 = 1,415 m/s
V²/(2g) = 0,102 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (24 + 6)·0,102 = 3,06 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 = 6 + 10,19 + 3,06 = 19,25 m

Odpowiedź

H = 19,25 m
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 37810 €

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.

Wykładnik

r·t = 0,07·19 = 1,33
e1,33 = 3,781

Wartość przyszła

FV = 10 000·3,781 = €37 810,43

Odpowiedź

FV = €37 810,43
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: A = 1433 €

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

Stopa miesięczna i liczba rat

i = 0,06/12 = 0,005
N = 12·20 = 240

Rata

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

(1 + i)−N = 0,3021
A = 200 000·0,005/(1 − 0,3021) = €1 432,86

Odpowiedź

A = €1 432,86
27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −25000 €

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 przepływów

PV = 18 000/(0,11 − 0,03) = 225 000,00

NPV

NPV = 225 000,00 − 250 000 = −€25 000,00

Odpowiedź

NPV = −€25 000,00

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

28.NPV i IRR

Odpowiedź: IRR = 32,37 %

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(30%) = 814,75
NPV(35%) = −855,81

Zawężaj

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

IRR ≈ 30 + 5·814,75/(814,75 − (−855,81)) = 32,44%
dokładnie: NPV(32,37%) = 0 → IRR = 32,37%

Odpowiedź

IRR = 32,37%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,6313

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

Wyniki z

z₁ = (245,25 − 250)/5 = −0,95
z₂ = (254,25 − 250)/5 = 0,85

Pole pomiędzy

P = Φ(0,85) − Φ(−0,95) = 0,8023 − 0,1711 = 0,6313

Odpowiedź

P = 0,6313
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 119,2 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) = 0,9

z z tablicy

z ≈ 1,28

Z powrotem do pierwotnych jednostek

x = 100 + 1,28·15 = 119,2 pkt

Odpowiedź

x = 119,2 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