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
w0​ = 20 kN/mP = 70 kNABRA​ = ?6 m4 m

Belka swobodnie podparta (podpora nieprzesuwna w A, przesuwna w B) przenosi obciążenie liniowo zmienne, malejące od 20 kN/m w A do zera w B. W odległości 6 m od A działa też siła skupiona P. Wyznacz pionową reakcję podpory RA.

L = 10 mw0 = 20 kN/mP = 70 kN w 6 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 8 kN/mP = 15 kNABRA​ = ?RB​2 m3 m1 m2 m

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

L = 8 mP = 15 kN w 2 mw = 8 kN/m od 5 do 6 m
RA = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABBCACACB55 kN8 m5 m3 m

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

rozpiętość = 8 mwysokość = 3 mB jest 5 m od Aobciążenie pionowe = 55 kN
FBC = kN
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABBCACACB40 kN10 kN8 m1 m2 m

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

rozpiętość = 8 mwysokość = 2 mB jest 1 m od Aobciążenie pionowe = 40 kNobciążenie poziome = 10 kN →
FBC = kN
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
w = 12 kN/mP = 15 kNABprzekrój0,5 m2 m0,5 m

Wspornik jest utwierdzony w A. Przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej długości oraz siłę skupioną P w odległości 2,5 m od A. Wyznacz moment zginający Mx w przekroju x = 0,5 m od utwierdzenia A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 3 mP = 15 kN w 2,5 mw = 12 kN/m od 0 do 3 mx = 0,5 m
Mx = kN·m
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
w = 8 kN/mAB1 m2 m1 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone na części rozpiętości. Wyznacz maksymalny moment zginający Mmax w belce.

L = 4 mw = 8 kN/m od 1 do 3 m
Mmax = kN·m
7.Ugięcie belkiŚredni
w = 8 kN/mδL = 4 m

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

w = 8 kN/mL = 4 mE = 200 GPa (stal)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
P = 10 kNABδ4 m2 m

Belka swobodnie podparta przenosi siłę skupioną P w odległości b = 2 m od podpory B. Wyznacz ugięcie δmid w środku rozpiętości.

P = 10 kNb = 2 mL = 6 mE = 200 GPa (stal)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δmid = mm
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 2 m40 × 50 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 = 2 mE = 200 GPa (stal)b × h = 40 × 50 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
PL = 2,5 md = 60 mmprzekrój poprzeczny

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

L = 2,5 mE = 70 GPa (aluminium)d = 60 mm
σcr = MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
B = 300H = 350t = 16xwymiary w mm

Prostokątny przekrój skrzynkowy ma szerokość zewnętrzną B = 300 mm, wysokość zewnętrzną H = 350 mm i stałą grubość ścianek t = 16 mm. Wyznacz promień bezwładności r przekroju względem poziomej osi centralnej.

B = 300 mmH = 350 mmt = 16 mm
r = mm
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
120 mm200 mm130 mm60 × 20xIx​ = ?

Płyta 120 mm × 200 mm ma prostokątne wycięcie o szerokości 60 mm i wysokości 20 mm, umieszczone na pionowej osi symetrii, ze środkiem 130 mm nad dolną krawędzią. Wyznacz moment bezwładności przekroju Ix względem osi poziomej przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 120 mmh = 200 mmwycięcie: 60 × 20 mmśrodek otworu: y = 130 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 19 kN/m³11 mzwierciadło wody gruntowejXz = 10 m

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

z = 10 mzw = 2 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16 kN/m³piasek: γsat = 19 kN/m³
σ′ = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 15,5 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³6 mglinaγsat​ = 18 kN/m³4 mzwierciadło wody gruntowejXz = 8 m

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

z = 8 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15,5 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³glina: γsat = 18 kN/m³
σ′ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 55 kPapiasekglinaCc​ = 0,5, Cr​ = 0,03e0​ = 0,6σ′0​ = 65 kPaσ′p​ = 135 kPa2,5 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 2,5 m ma Cc = 0,5, Cr = 0,03 i e₀ = 0,6. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 65 kPa i naprężenie prekonsolidacji wynosi 135 kPa. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 55 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 2,5 mCc = 0,5Cr = 0,03e0 = 0,6σ′0 = 65 kPaσ′p = 135 kPaΔσ = 55 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 2,5 mcv​ = 0,8 m²/rok2,5 mnieprzepuszczalna skałazwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 2,5 m ma współczynnik konsolidacji cv = 0,8 m²/rok. Leży na nieprzepuszczalnej skale, a nad nią jest piasek, więc woda odpływa tylko górą. Dla średniego stopnia konsolidacji 70% czynnik czasu wynosi Tv = 0,403. Po ilu latach t warstwa osiągnie 70% konsolidacji?

H = 2,5 mcv = 0,8 m²/rokU = 70%Tv = 0,403drenaż jednostronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 2 mH = 2,5 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 3 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 = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Parcie hydrostatyczneTrudny
zasuwad = 1,5 mH = 2 m

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

d = 1,5 mH = 2 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
Q = 50 L/sD = 300 mmL = 100 mf = 0,015

Woda płynie z natężeniem 50 L/s przez rurę o długości 100 m i średnicy wewnętrznej 300 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,015 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

Q = 50 L/sL = 100 mD = 300 mmf = 0,015g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 10Δz = ?L = 100 m, D = 200 mm, f = 0,0252× kolano (K = 0,3)

Dwa otwarte zbiorniki są połączone rurą o długości 100 m, średnicy wewnętrznej 200 mm i współczynniku tarcia Darcy’ego f = 0,025. Straty miejscowe to: wlot o ostrej krawędzi (K = 0,5), kolana w liczbie 2 (K = 0,3 każde), zawór (K = 10) i wylot do dolnego zbiornika (K = 1,0). Przyjmij g = 9,81 m/s². Jaka różnica poziomów wody Δz między zbiornikami daje natężenie przepływu 40 L/s?

Q = 40 L/sL = 100 mD = 200 mmf = 0,025Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 10Kexit = 1,0
Δz = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
D = 1200 mmn = 0,013, S = 0,002

Betonowy kanał deszczowy o średnicy wewnętrznej 1200 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 = 1200 mmn = 0,013S = 0,002
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
b = 1,5 my = 0,9 m1,5 : 1n = 0,022, Q = 1,7 m³/s

Trapezowy kanał (czysty grunt) o szerokości dna 1,5 m i nachyleniu skarp 1,5:1 (poziomo:pionowo) ma przeprowadzić 1,7 m³/s w przepływie jednostajnym przy głębokości 0,9 m. Współczynnik Manninga n = 0,022. Wyznacz wymagany spadek dna S (w m/m).

Q = 1,7 m³/sb = 1,5 my = 0,9 mz = 1,5n = 0,022
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 15 L/sH = 32 m

Pompa o sprawności 75% tłoczy 15 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 32 m. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz potrzebną moc na wale Pshaft, w kW.

Q = 15 L/sH = 32 mη = 75%g = 9,81 m/s²
Pshaft = kW
24.Pompy i moc pompTrudny
100 kPa (nadciśnienie)PQ = 50 L/sΔz = 18 mL = 150 m, D = 150 mm, f = 0,02, ΣK = 5

Pompa przetłacza 50 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 18 m wyżej. Rura ma długość 150 m, średnicę wewnętrzną 150 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,02; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 5 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Górny zbiornik jest zamknięty, a powietrze nad wodą ma nadciśnienie 100 kPa. Wyznacz wysokość podnoszenia H, którą musi zapewnić pompa.

Q = 50 L/sΔz = 18 mL = 150 mD = 150 mmf = 0,02ΣK = 5ptank = 100 kPa
H = m
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123…9PV = ?€10 000+4%+4%…r = 7%

Nieruchomość ma w przyszłym roku przynieść czynsz netto €10 000. Oczekuje się, że czynsz będzie rósł o 4 % rocznie bez końca. Wymagana stopa zwrotu wynosi 7 % rocznie. Wyznacz dzisiejszą wartość PV nieruchomości.

C1 = €10 000g = 4%r = 7%
PV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…324€250€250€250FV = ?

Odkładasz €250 na koniec każdego miesiąca przez 27 lat. Konto daje 4,2 % rocznie z miesięczną kapitalizacją. Ile uzbierasz na koniec? Wyznacz FV.

A = €2504,2% / 12N = 324
FV = €
27.NPV i IRRŚredni
lata0123−20 0008 0007 0007 000

Inwestycja €20 000 daje na koniec lat od 1 do 3 takie przepływy: €8 000, €7 000, €7 000. Koszt kapitału wynosi 12 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

r = 12%CF0 = −20 000CF1 = 8 000CF2 = 7 000CF3 = 7 000
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata0123…8−150 00022 500+2%+2%+2%r = 8%, NPV = ?

Projekt kosztuje dziś €150 000. Jego przepływ wynosi €22 500 na koniec roku 1 i rośnie o 2 % rocznie aż do ostatniego przepływu na koniec roku 8. Koszt kapitału wynosi 8 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

C0 = €150 000CF1 = €22 500g = 2%n = 8r = 8%
NPV = €
29.Rozkład normalnyŚredni
−3−2−10123zzacieniowane pole między −z a z = 0,9768

Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole między −z a z pod standardową krzywą normalną wynosiło 0,9768. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

A = 0,9768
z =
30.Rozkład normalnyTrudny
μ = 100x = ?10%

Rozkład wyników testu IQ jest normalny ze średnią 100 pkt i odchyleniem standardowym 15 pkt. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 10% wszystkich wartości (10. percentyl).

μ = 100σ = 15P = 10%
x = pkt

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 94,67 kN

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

Wypadkowa obciążenia trójkątnego

W = ½·20·10 = 100 kN
x̄ = L/3 = 3,333 m

Równowaga

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

ΣMA = 0: RB·10 = 100·3,333 + 70·6
RB = 75,33 kN
RA = 170 − 75,33 = 94,67 kN

Odpowiedź

RA = 94,67 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 13,75 kN

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

w = 8 kN/mP = 15 kNABRA​RB​2 m3 m1 m2 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 = 8·1 = 8 kN, przyłożona w x̄ = 5,5 m
ΣMA = 0: RB·8 = 15·2 + 8·1·5,5
RB = 74/8 = 9,25 kN
ΣFy = 0: RA = 23 − 9,25 = 13,75 kN

Odpowiedź

RA = 13,75 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FBC = −48,61 kN

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

ABBCACACB55 kNAy​Cy​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·8 = 55·5 → Cy = 34,38 kN
ΣFy = 0: Ay = 55 − 34,38 = 20,63 kN

Węzeł C

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

sin γ = 3/4,243 = 0,7071, cos γ = 3/4,243 = 0,7071
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −34,38/0,7071 = −48,61 kN

Odpowiedź

FBC = −48,61 kN (ściskanie)
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FBC = −27,3 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.

ABBCACACB40 kN10 kNAy​Cy​Ax​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·8 = 40·1 + 10·2 → Cy = 7,5 kN
ΣFy = 0: Ay = 40 − 7,5 = 32,5 kN
ΣFx = 0: Ax = −10 kN

Węzeł C

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

sin γ = 2/7,28 = 0,2747, cos γ = 7/7,28 = 0,9615
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −7,5/0,2747 = −27,3 kN

Odpowiedź

FBC = −27,3 kN (ściskanie)
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = −67,5 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.

Zostaw część ze swobodnym końcem

P: −15·2 = −30 kN·m
w: −12·2,5²/2 = −37,5 kN·m
Mx = −30 − 37,5 = −67,5 kN·m

Odpowiedź

Mx = −67,5 kN·m

Wartość ujemna oznacza moment ujemny: rozciągane są górne włókna.

6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mmax = 12 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 = 8·2 = 16 kN, przyłożona w x̄ = 2 m
ΣMA = 0: RB·4 = 8·2·2
RB = 32/4 = 8 kN
ΣFy = 0: RA = 16 − 8 = 8 kN

Zerowa siła tnąca

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

RA − w·(x0 − 1) = 0
x0 = 1 + 8/8 = 2 m

Moment maksymalny

Mmax = RA·x0 − w·(x0 − 1)²/2 = 8·2 − 8·1²/2 = 12 kN·m

Odpowiedź

Mmax = 12 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 11,11 mm

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

Spójne jednostki

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

w = 8 N/mm, L = 4000 mm
EI = 2,4 × 10¹² N·mm²

Ugięcie

δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·8·4000⁴/(384·2,4 × 10¹²) = 11,11 mm

Odpowiedź

δmax = 11,11 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmid = 8,333 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 = 10000 N, b = 2000 mm, L = 6000 mm
EI = 4,6 × 10¹² N·mm²

Ugięcie w środku rozpiętości

δmid = Pb(3L² − 4b²)/(48EI) = 10000·2000·(3·6000² − 4·2000²)/(48·4,6 × 10¹²) = 8,333 mm

Odpowiedź

δmid = 8,333 mm
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 32,9 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 = 50·40³/12 = 266667 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 2·2000 = 4000 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·266667/4000² = 32899 N = 32,9 kN

Odpowiedź

Pcr = 32,9 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: σcr = 6,218 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·60⁴/64 = 636173 mm⁴

Promień bezwładności i smukłość

A = 2827 mm²
r = √(I/A) = √(636173/2827) = 15 mm
KL = 2·2500 = 5000 mm
KL/r = 5000/15 = 333,3

Naprężenie krytyczne

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/333,3² = 6,218 MPa

Odpowiedź

σcr = 6,218 MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: r = 133,7 mm

Moment bezwładności: dla prostokąta względem własnej osi centralnej I = bh³/12, a względem podstawy bh³/3 (twierdzenie Steinera I = Ic + A·d²). Otwór uwzględnia się, odejmując jego I, o ile obie części odnoszą się do tej samej osi. Sprężysty wskaźnik wytrzymałości to S = I/c, gdzie c jest odległością do skrajnych włókien. Promień bezwładności r = √(I/A) to odległość, w której całe pole dawałoby ten sam moment I; stosuje się go przy wyboczeniu słupów.

Pole netto i moment bezwładności netto

b = 268 mm, h = 318 mm
A = BH − bh = 300·350 − 268·318 = 19776 mm²
I = (BH³ − bh³)/12 = 3,537 × 10⁸ mm⁴

Promień bezwładności

r = √(I/A) = √(3,537 × 10⁸/19776) = 133,7 mm

Odpowiedź

r = 133,7 mm
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 78,82 × 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 = (24000·100 − 1200·130)/(24000 − 1200) = 98,42 mm

Pełna płyta względem ȳ

120·200³/12 + 24000·1,579² = 80,06 × 10⁶ mm⁴

Otwór względem ȳ

60·20³/12 + 1200·31,58² = 1,237 × 10⁶ mm⁴

Odejmij

Ix = 78,82 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 78,82 × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 105,5 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) = 16·2 + 19·8 = 184 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·8 = 78,48 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 184 − 78,48 = 105,5 kPa

Odpowiedź

σ′ = 105,5 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 82,83 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·5 + γsat,clay·2
σ = 15,5·1 + 20·5 + 18·2 = 151,5 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·7 = 68,67 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 151,5 − 68,67 = 82,83 kPa

Odpowiedź

σ′ = 82,83 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 12,48 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 = 65 + 55 = 120 kPa ≤ 135 kPa

Osiadanie

Glina pozostaje na linii ponownego ściskania.

S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,03·2,5/(1 + 0,6)·log₁₀(120/65) = 12,48 mm

Odpowiedź

S = 12,48 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 3,148 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 = 2,5 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,403·2,5²/0,8 = 3,148 lata

Odpowiedź

t = 3,148 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 239,1 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 = 2 + 2,5/2 = 3,25 m
A = H·b = 2,5·3 = 7,5 m²
zasuwad = 2 mH = 2,5 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3,25·7,5 = 239,1 kN

Odpowiedź

F = 239,1 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: ycp = 2,633 m

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

Głębokość środka ciężkości i pole

yc = d + H/2 = 1,5 + 2/2 = 2,5 m
A = H·b = 2·3 = 6 m²
zasuwad = 1,5 mH = 2 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,5·6 = 147,2 kN

Środek parcia

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

Ic = b·H³/12 = 3·2³/12 = 2 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 2,5 + 2/(2,5·6) = 2,633 m

Odpowiedź

ycp = 2,633 m
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 0,1275 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·0,3²/4 = 0,07069 m²
V = Q/A = 0,05/0,07069 = 0,7074 m/s

Wysokość prędkości

V²/(2g) = 0,7074²/(2·9,81) = 0,0255 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,015·(100/0,3)·0,7074²/(2·9,81) = 0,1275 m

Odpowiedź

hf = 0,1275 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Δz = 2,033 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 = 0,025·100/0,2 = 12,5
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 10 + 1,0 = 12,1

Całkowita strata wysokości

hf = 12,5·0,08263 = 1,033 m
hm = 12,1·0,08263 = 0,9998 m
Δz = hf + hm = 2,033 m

Odpowiedź

Δz = 2,033 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 1,744 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 = 1,131 m², R = D/4 = 0,3 m

Prędkość

V = (1/0,013)·0,32/3·0,0021/2 = 1,542 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 1,131·1,542 = 1,744 m³/s

Odpowiedź

Q = 1,744 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,0004828 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 = (1,5 + 1,5·0,9)·0,9 = 2,565 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 1,5 + 2·0,9·√(1 + 1,5²) = 4,745 m
R = A/P = 0,5406 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,022·1,7/(2,565·0,6636) = 0,02197
S = 0,02197² = 0,0004828

Odpowiedź

S = 0,0004828

To spadek o 0,4828 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pshaft = 6,278 kW

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

Moc hydrauliczna

Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,015·32 = 4,709 kW

Moc na wale

Pshaft = Ph/η = 4,709/0,75 = 6,278 kW

Odpowiedź

Pshaft = 6,278 kW
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: H = 38,39 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 = 0,05/0,01767 = 2,829 m/s
V²/(2g) = 0,408 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (20 + 5)·0,408 = 10,2 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 = 18 + 10,19 + 10,2 = 38,39 m

Odpowiedź

H = 38,39 m
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: PV = 333333 €

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) = 10 000/(0,07 − 0,04) = 10 000/0,03 = €333 333,33

Odpowiedź

PV = €333 333,33
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 150137 €

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

Stopa miesięczna i liczba wpłat

i = 0,042/12 = 0,0035
N = 12·27 = 324

Wartość przyszła wpłat

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 250·(3,102 − 1)/0,0035 = €150 136,89

Odpowiedź

FV = €150 136,89

Sam wpłaciłeś €81 000; reszta to odsetki.

27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −2294 €

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 + 0,12)1 = 8 000/1,12 = 7 142,86
CF2/(1 + 0,12)2 = 7 000/1,254 = 5 580,36
CF3/(1 + 0,12)3 = 7 000/1,405 = 4 982,46

Zsumuj

NPV = €−2 294,32

Odpowiedź

NPV = €−2 294,32

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

28.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −12379 €

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

Wartość bieżąca renty rosnącej

((1,02)/(1,08))8 = 0,633
PV = 22 500/(0,08 − 0,02)·(1 − 0,633) = 137 620,83

NPV

NPV = 137 620,83 − 150 000 = −€12 379,17

Odpowiedź

NPV = −€12 379,17

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

29.Rozkład normalny

Odpowiedź: z = 2,27

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 + 0,9768)/2 = 0,9884

Czytaj tablicę z wstecz

Znajdź 0,9884 wewnątrz tablicy i odczytaj z.

z = 2,27

Odpowiedź

z = 2,27
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 80,78 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) = 0,1 → z = −1,282

Powrót do x

x = 100 + −1,282·15 = 80,78 pkt

Odpowiedź

x = 80,78 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