açıklık = 4 myükseklik = 4 mB, A’dan 3 m uzaktadüşey yük = 15 kNyatay yük = 20 kN ←
FBC = kN
5.Kesme kuvveti ve eğilme momentiOrta
A’dan G’ye işaretler kirişi altı eşit parçaya böler. Eğilme momenti hangi işarette büyüklükçe en büyüktür, sehim yapan veya yapmayan? Diyagramda ona tıklayın.
35 kN @ 1 m60 kN @ 2 m
1A (x = 0 m)
2B (x = 1 m)
3C (x = 2 m)
4D (x = 3 m)
5E (x = 4 m)
6F (x = 5 m)
7G (x = 6 m)
6.Kesme kuvveti ve eğilme momentiZor
Kiriş A’da sabit mafsala ve B’de kayıcı mesnede oturur ve B’den serbest uç C’ye kadar 1 m çıkma yapar. Tüm A–C boyunca düzgün yayılı w yükü etkir. B mesnedindeki eğilme momenti MB değerini bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.
L = 5 mw = 4 kN/m, 0 ile 5 m arasındamesnetler x = 0 ve x = 4 m konumlarında
MB = kN·m
7.Kiriş sehimiOrta
Basit mesnetli bir kiriş A mesnedinden a = 4,5 m uzaklıkta P tekil yükü taşır. Yükün altındaki sehim δP değerini bulun.
P = 10 kNa = 4,5 mL = 6 mE = 70 GPa (alüminyum)I = 57 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
8.Kiriş sehimiZor
Basit mesnetli bir kiriş düzgün yayılı w yükü ve açıklık ortasında P tekil yükü taşıyor. Süperpozisyon kullanarak orta nokta sehimi δmax değerini bulun.
P = 11 kNw = 20 kN/mL = 3 mE = 11 GPa (yapı kerestesi)I = 84 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.Kolon burkulmasıOrta
alüminyum malzemeden L boyunda bir kolon iki ucu ankastre. Euler formülüyle kritik burkulma yükü Pcr değerini bulun.
L = 4 mE = 70 GPa (alüminyum)b × h = 30 × 80 mm
Pcr = kN
10.Kolon burkulmasıZor
alüminyum malzemeden L boyunda bir kolon tabanı ankastre, tepesi mafsallı. Narinliğini ve Euler formülünden kritik burkulma gerilmesi σcr değerini bulun.
L = 6 mE = 70 GPa (alüminyum)d = 40 mm
σcr = MPa
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
T kesitin ağırlık merkezinden geçen yatay x eksenine göre atalet momenti Ix değerini bulun.
bf = 120 mmtf = 10 mmtw = 18 mmhw = 220 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
T kesit, başlığı üstte olacak şekilde kiriş olarak kullanılıyor ve 5 kN·m pozitif eğilme momenti taşıyor. Üst kenardaki eğilme gerilmesi σüst değerinin büyüklüğünü bulun.
4,5 m kalınlığındaki aşırı konsolide bir kil tabakasının Cc = 0,5, Cr = 0,05 ve e₀ = 1,1. Orta derinliğindeki efektif düşey gerilme 60 kPa ve ön konsolidasyon basıncı 130 kPa’dır. Yeni bir bina orta derinlikte 80 kPa düşey gerilme ekliyor. Birincil konsolidasyon oturması S değerini mm cinsinden bulun.
Bir laboratuvar ödometre deneyinde, üstten ve alttan drene edilen 20 mm kalınlığındaki bir kil numunesi 10 dakikada %50 konsolidasyona ulaşıyor. Arazide aynı kil 2,5 m kalınlığında bir tabaka oluşturuyor. İki kum tabakası arasında bulunur, bu yüzden su üstten ve alttan drene olur. Arazideki tabakanın %50 konsolidasyona ulaşması kaç gün t sürer?
1,5 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, su dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 4 m altında bulunuyor. Kapağa etkiyen bileşke hidrostatik kuvvet F değerini bulun.
3 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, su dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 2 m altında bulunuyor. Basınç merkezinin yüzeyden derinliği ycp değerini bulun.
d = 2 mH = 1 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Boru sürtünmesi ve yük kaybıOrta
Su (ρ = 1000 kg/m³), 50 m uzunluğunda ve iç çapı 50 mm olan yatay bir borudan 2,4 m/s hızla akıyor. Darcy sürtünme faktörü f = 0,025 ve g = 9,81 m/s² kullanın. Boru boyunca basınç düşüşü Δp değerini kPa cinsinden bulun.
İki açık hazne, 100 m uzunluğunda, iç çapı 300 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,015 olan bir boruyla birleştirilmiştir. Yerel kayıplar: keskin kenarlı bir giriş (K = 0,5), 3 dirsek (her biri K = 0,3), bir vana (K = 0,2) ve alt hazneye çıkış (K = 1,0). g = 9,81 m/s² kullanın. Hazneler arasındaki hangi su seviyesi farkı Δz, 100 L/s debi verir?
Yamuk kesitli bir perdahlı beton kanalın taban genişliği 2 m ve şev eğimleri 1,5:1 (yatay:düşey). Su 1,3 m derinlikte üniform olarak akıyor. Manning n = 0,012 ve taban eğimi S = 0,0015. Debi Q değerini m³/s cinsinden bulun.
b = 2 my = 1,3 mz = 1,5n = 0,012S = 0,0015
Q = m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)Zor
İç çapı 450 mm olan beton bir kanalizasyon borusu (Manning n = 0,013) tam dolu akarken 0,75 m/s’lik kendi kendini temizleme hızına ulaşmalıdır. En küçük eğim S değerini (m/m cinsinden) bulun.
D = 450 mmn = 0,013V = 0,75 m/s
S = m/m
23.Pompalar ve pompa gücüOrta
Bir deneyde pompa 28 m basma yüksekliğine karşı 60 L/s su (ρ = 1000 kg/m³) basarken mili 23,5 kW çekiyor. g = 9,81 m/s² kullanın. Pompa verimi η değerini yüzde olarak bulun.
Q = 60 L/sH = 28 mPshaft = 23,5 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Pompalar ve pompa gücüZor
Bir pompa 50 L/s suyu (ρ = 1000 kg/m³) açık bir alt hazneden, su yüzeyi 35 m daha yüksekte olan bir üst tanka basıyor. Boru 100 m uzunluğunda, iç çapı 150 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,025; yerel kayıp katsayılarının toplamı ΣK = 8 (giriş ve çıkış dahil). g = 9,81 m/s² kullanın. Üst tank kapalıdır ve suyun üzerindeki hava 100 kPa etkin basınçtadır. Pompanın eklemesi gereken basma yüksekliği H değerini bulun.
Bir anüite 4 yıl boyunca her yılın sonunda €500 ödüyor. Faiz oranı yıllık %6. Anüitenin bugünkü değeri PV değerini bulun.
A = €500i = 6%n = 4
PV = €
26.Paranın zaman değeriZor
€25 000 tutarındaki bir kredi 6 yıl boyunca eşit aylık taksitlerle ödenir. Faiz oranı aylık bileşik, yıllık %6'dir. Aylık taksit A'ü bulun.
P = €25 0006% / 12N = 72
A = €
27.NBD ve IRROrta
Bir proje bugün €200 000 maliyetindedir. Birinci yılın sonunda €16 000 sağlar ve nakit akışı sonra sonsuza kadar yıllık %2 büyür. Sermaye maliyeti %11. Net bugünkü değer NPV değerini bulun.
C0 = €200 000CF1 = €16 000g = 2%r = 11%
NPV = €
28.NBD ve IRRZor
Bir proje bugün €50 000 maliyetindedir. Nakit akışı 1. yılın sonunda €10 000 olur ve 6. yılın sonundaki son nakit akışına kadar yıllık %5 büyür. Sermaye maliyeti %8. Net bugünkü değer NPV değerini bulun.
C0 = €50 000CF1 = €10 000g = 5%n = 6r = 8%
NPV = €
29.Normal dağılımOrta
pil ömürleri, ortalaması 500 h ve standart sapması 40 h olan normal dağılıma uyar. Hangi oran 488 ile 534 h arasındadır? P değerini ondalık sayı olarak verin.
μ = 500σ = 40x1 = 488x2 = 534
P =
30.Normal dağılımZor
sınav puanları, ortalaması 65 puan ve standart sapması 10 puan olan normal dağılım gösterir. Gölgeli en alt %85 solunda kalacak şekilde kesme değerini sürükleyin. Kesme değerini x bulun.
μ = 65 puanσ = 10 puan85%
x = puan
3Çözeltiler
1.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RA = 52,5 kN
Statik denge: durgun bir cisim için herhangi bir noktaya göre ΣFx = 0, ΣFy = 0 ve ΣM = 0. Bir mesnede göre moment almak o mesnedin tepkisini denklemden çıkarır.
Serbest cisim diyagramı
Mesnetleri tepki kuvvetleriyle değiştirin. Kayıcı mesnet bir düşey tepki verir; yalnızca düşey yükler varsa sabit mafsal da bir düşey tepki verir.
Denge
A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif. Ardından düşey kuvvet dengesi.
ΣMA = 0: RB·4 = 60·1,5 + 60·3
RB = 270/4 = 67,5 kN
ΣFy = 0: RA = 120 − 67,5 = 52,5 kN
Cevap
RA = 52,5 kN
2.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RB = 57 kN
Statik denge: durgun bir cisim için herhangi bir noktaya göre ΣFx = 0, ΣFy = 0 ve ΣM = 0. Bir mesnede göre moment almak o mesnedin tepkisini denklemden çıkarır.
Serbest cisim diyagramı
Mesnetleri tepki kuvvetleriyle değiştirin. Kayıcı mesnet bir düşey tepki verir; yalnızca düşey yükler varsa sabit mafsal da bir düşey tepki verir.
Denge
A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif. Ardından düşey kuvvet dengesi.
Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 12·4 = 48 kN, x̄ = 4 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·6 = 50·3 + 12·4·4
RB = 342/6 = 57 kN
ΣFy = 0: RA = 98 − 57 = 41 kN
Cevap
RB = 57 kN
3.Kafes: düğüm yöntemi
Cevap: FAC = 10,67 kN
Düğüm yöntemi: bir kafesin her düğümü dengededir; bu yüzden her düğümde ΣFx = 0 ve ΣFy = 0. En fazla iki bilinmeyen çubuk kuvveti olan bir düğümden başlayın. Negatif sonuç çubuğun basınçta olduğunu gösterir.
Mesnet tepkileri
Tüm kafesin dengesi. A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif.
ΣMA = 0: Cy·5 = 40·4 → Cy = 32 kN
ΣFy = 0: Ay = 40 − 32 = 8 kN
C düğümü
Kayıcı mesnet yalnızca düşey tepki verir, bu yüzden C düğümünde yalnızca iki bilinmeyen çubuk kuvveti vardır. İkisinin de çekmede olduğunu varsayın.
sin γ = 3/3,162 = 0,9487, cos γ = 1/3,162 = 0,3162
Düğüm yöntemi: bir kafesin her düğümü dengededir; bu yüzden her düğümde ΣFx = 0 ve ΣFy = 0. En fazla iki bilinmeyen çubuk kuvveti olan bir düğümden başlayın. Negatif sonuç çubuğun basınçta olduğunu gösterir.
Mesnet tepkileri
Tüm kafesin dengesi. A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif.
ΣMA = 0: Cy·4 = 15·3 − 20·4 → Cy = −8,75 kN
ΣFy = 0: Ay = 15 − −8,75 = 23,75 kN
ΣFx = 0: Ax = 20 kN
C düğümü
Kayıcı mesnet yalnızca düşey tepki verir, bu yüzden C düğümünde yalnızca iki bilinmeyen çubuk kuvveti vardır. İkisinin de çekmede olduğunu varsayın.
sin γ = 4/4,123 = 0,9701, cos γ = 1/4,123 = 0,2425
En büyük eğilme momenti: M, kesme kuvvetinin değiştiği her yerde eğim değiştirir, yani tepeleri kesme kuvvetinin sıfırdan geçtiği yerlerdedir: tekil bir yükün altında, yayılı bir yükün içinde veya bir konsolun mesnedi üzerinde. Konsol kirişin ankastre mesnedinde moment duvarda en büyüktür. M’nin büyüklüğünü o yerlerde, sehim yapan veya yapmayan, karşılaştırın.
Mesnet tepkileri
Bir mesnete göre moment alın, sonra düşey kuvvet dengesini kullanın.
R1 = 69,17 kN, R2 = 25,83 kN
Her işaretteki eğilme momenti
Kesimin bir yanındaki tüm kuvvetlerin momentlerini toplayın. Sehim yapan pozitif, tersi negatiftir.
MA = 0, MB = 69,17, MC = 103,3 kN·m, MD = 77,5, ME = 51,67, MF = 25,83, MG = 0
Cevap
İşaret C: MC = 103,3 kN·m
6.Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Cevap: MB = −2 kN·m
Kesit yöntemi: iç kuvvetleri istediğiniz yerde kirişi kesin ve bir tarafı tutun. Kesme kuvveti V o taraftaki düşey kuvvetleri, eğilme momenti M ise onların kesite göre momentlerini dengeler. En büyük moment: dM/dx = V olduğundan eğilme momenti, kesme kuvvetinin sıfırdan geçtiği yerde, yani ya bir tekil yükte ya da yayılı yükün içinde en büyük değerine ulaşır.
Mesnet tepkileri
Çıkmadaki yük dahil tüm kirişin dengesi.
Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 4·5 = 20 kN, x̄ = 2,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·4 = 4·5·2,5
RB = 50/4 = 12,5 kN
ΣFy = 0: RA = 20 − 12,5 = 7,5 kN
B’den kesin ve çıkmayı tutun
Çıkmadaki yük w·a, B’den a/2 uzaklıkta etkir ve kirişi mesnet üzerinde negatif yönde eğer.
MB = −w·a²/2 = −4·1²/2 = −2 kN·m
Cevap
MB = −2 kN·m
7.Kiriş sehimi
Cevap: δP = 6,344 mm
Kiriş sehimi: sehimler, M/(EI) eğriliğinin iki kez integre edilmesiyle bulunur. Standart durumlar tablolanmıştır; örneğin uçtan yüklü konsol için PL³/(3EI) ve tüm açıklıkta düzgün yüklü basit kiriş için 5wL⁴/(384EI). Ayrı yüklerin sehimleri toplanır (süperpozisyon).
Tutarlı birimler
N ve mm ile çalışın: P N, w N/mm (kN/m = N/mm), L mm, E N/mm² (GPa × 1000), I mm⁴.
P = 10000 N, a = 4500 mm, b = 1500 mm, L = 6000 mm
EI = 3,99 × 10¹² N·mm²
Yükün altındaki sehim
δP = Pa²b²/(3EIL) = 10000·4500²·1500²/(3·3,99 × 10¹²·6000) = 6,344 mm
Cevap
δP = 6,344 mm
8.Kiriş sehimi
Cevap: δmax = 29,53 mm
Kiriş sehimi: sehimler, M/(EI) eğriliğinin iki kez integre edilmesiyle bulunur. Standart durumlar tablolanmıştır; örneğin uçtan yüklü konsol için PL³/(3EI) ve tüm açıklıkta düzgün yüklü basit kiriş için 5wL⁴/(384EI). Ayrı yüklerin sehimleri toplanır (süperpozisyon).
Tutarlı birimler
N ve mm ile çalışın: P N, w N/mm (kN/m = N/mm), L mm, E N/mm² (GPa × 1000), I mm⁴.
P = 11000 N, w = 20 N/mm, L = 3000 mm, EI = 9,24 × 10¹¹ N·mm²
Her yük tek başına
δP = PL³/(48EI) = 11000·3000³/(48·9,24 × 10¹¹) = 6,696 mm
δw = 5wL⁴/(384EI) = 5·20·3000⁴/(384·9,24 × 10¹¹) = 22,83 mm
Toplayın
δmax = 6,696 + 22,83 = 29,53 mm
Cevap
δmax = 29,53 mm
9.Kolon burkulması
Cevap: Pcr = 31,09 kN
Euler burkulması: narin bir kolon Pcr = π²EI/(KL)² değerinde kararsız olur; KL burkulma boyudur: mafsallı–mafsallı için K = 1, ankastre–serbest için 2, ankastre–mafsallı için 0,7 ve ankastre–ankastre için 0,5. En küçük I’ya sahip eksen etrafında burkulur. Formül, kritik gerilmesi akma gerilmesinin altında kalan narin kolonlar için geçerlidir.
En küçük atalet momenti
Dikdörtgen zayıf ekseni etrafında, küçük boyutun küpüyle burkulur.
Euler burkulması: narin bir kolon Pcr = π²EI/(KL)² değerinde kararsız olur; KL burkulma boyudur: mafsallı–mafsallı için K = 1, ankastre–serbest için 2, ankastre–mafsallı için 0,7 ve ankastre–ankastre için 0,5. En küçük I’ya sahip eksen etrafında burkulur. Formül, kritik gerilmesi akma gerilmesinin altında kalan narin kolonlar için geçerlidir.
En küçük atalet momenti
Dairesel kesitin I değeri her eksene göre aynıdır.
I = πd⁴/64 = π·40⁴/64 = 125664 mm⁴
Atalet yarıçapı ve narinlik
A = 1257 mm²
r = √(I/A) = √(125664/1257) = 10 mm
KL = 0,7·6000 = 4200 mm
KL/r = 4200/10 = 420
Kritik gerilme
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/420² = 3,917 MPa
Cevap
σcr = 3,917 MPa
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 28,16 × 10⁶ mm⁴
Bileşik alanlar: kesiti dikdörtgenlere ayırın. Ağırlık merkezi alanlarla ağırlıklı ortalamadır: ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti, her parçanın kendi bh³/12 değerini ve paralel eksen terimi A·d²’yi toplar; d, parçanın ağırlık merkezinin genel ağırlık merkezine uzaklığıdır. Eğilme gerilmesi σ = M·y/I’dır.
İki dikdörtgene ayırın
Her y’yi alt kenardan ölçün.
başlık: Af = 120·10 = 1200 mm², yf = 220 + 10/2 = 225 mm
gövde: Aw = 18·220 = 3960 mm², yw = 220/2 = 110 mm
Bileşik alanlar: kesiti dikdörtgenlere ayırın. Ağırlık merkezi alanlarla ağırlıklı ortalamadır: ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti, her parçanın kendi bh³/12 değerini ve paralel eksen terimi A·d²’yi toplar; d, parçanın ağırlık merkezinin genel ağırlık merkezine uzaklığıdır. Eğilme gerilmesi σ = M·y/I’dır.
İki dikdörtgene ayırın
Her y’yi alt kenardan ölçün.
başlık: Af = 180·25 = 4500 mm², yf = 100 + 25/2 = 112,5 mm
Efektif gerilme (Terzaghi): zemin iskeleti σ′ = σ − u taşır. Toplam gerilme σ, noktanın üstündeki her şeyin ağırlığıdır, Σγ·h; su seviyesinin üstünde kuru, altında doygun birim hacim ağırlığı kullanılır. Su seviyesinin altında boşluk suyu basıncı hidrostatiktir: u = γw·(su seviyesinin altındaki derinlik).
Toplam gerilme
X’in üstündeki her zemin bandının ağırlığını toplayın. Su seviyesinin üstünde kuru, altında doygun birim hacim ağırlığını kullanın.
Efektif gerilme (Terzaghi): zemin iskeleti σ′ = σ − u taşır. Toplam gerilme σ, noktanın üstündeki her şeyin ağırlığıdır, Σγ·h; su seviyesinin üstünde kuru, altında doygun birim hacim ağırlığı kullanılır. Su seviyesinin altında boşluk suyu basıncı hidrostatiktir: u = γw·(su seviyesinin altındaki derinlik).
Toplam gerilme
X’in üstündeki her zemin bandının ağırlığını toplayın. Su seviyesinin üstünde kuru, altında doygun birim hacim ağırlığını kullanın.
σ = γd·3 + γsat,sand·3 + γsat,clay·3
σ = 15·3 + 19,5·3 + 19·3 = 160,5 kPa
Boşluk suyu basıncı
Su basıncı su seviyesinin altındaki derinlikle artar.
u = γw·(z − zw) = 9,81·6 = 58,86 kPa
Efektif gerilme
σ′ = σ − u = 160,5 − 58,86 = 101,6 kPa
Cevap
σ′ = 101,6 kPa
15.Konsolidasyon oturması
Cevap: S = 70,46 mm
H kalınlığındaki bir kil tabakasının, tabaka ortasındaki efektif gerilme kullanılarak birincil konsolidasyonu: σ′f = σ′0 + Δσ. Normal konsolide kil: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Aşırı konsolide kil, ön konsolidasyon basıncı σ′p’ye kadar Cr boyunca yeniden sıkışır ve ancak onun ötesinde Cc’yi izler. Süre: t = Tv·Hdr²/cv; drenaj yolu Hdr, su üstten ve alttan çıkabiliyorsa H/2, yalnızca bir taraf drene oluyorsa H’dir.
Ön konsolidasyon basıncıyla karşılaştırın
σ′f = 60 + 80 = 140 kPa > 130 kPa
Oturma
σ′p’ye kadar yeniden sıkışma, ötesinde bakir sıkışma.
S = 0,05·4,5/(1 + 1,1)·log₁₀(130/60) + 0,5·4,5/(1 + 1,1)·log₁₀(140/130)
S = 35,98 + 34,48 = 70,46 mm
Cevap
S = 70,46 mm
16.Konsolidasyon oturması
Cevap: t = 108,5 gün
H kalınlığındaki bir kil tabakasının, tabaka ortasındaki efektif gerilme kullanılarak birincil konsolidasyonu: σ′f = σ′0 + Δσ. Normal konsolide kil: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Aşırı konsolide kil, ön konsolidasyon basıncı σ′p’ye kadar Cr boyunca yeniden sıkışır ve ancak onun ötesinde Cc’yi izler. Süre: t = Tv·Hdr²/cv; drenaj yolu Hdr, su üstten ve alttan çıkabiliyorsa H/2, yalnızca bir taraf drene oluyorsa H’dir.
Drenaj yolları
Hdr,lab = 20/2 = 10 mm = 0,01 m
Hdr,field = 2,5/2 = 1,25 m
Süreyi ölçekleyin
Laboratuvarda ve arazide aynı Tv ve cv ile t = T_v·Hdr²/cv.
tfield = 10·(1,25/0,01)² = 156250 min
tfield = 156250/1440 = 108,5 gün
Cevap
t = 108,5 gün
17.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 147,2 kN
Düzlem yüzeye hidrostatik kuvvet: F = ρ·g·yc·A. Her zaman ağırlık merkezinin altında bulunan basınç merkezinde, ycp = yc + Ic/(ycA), etkir.
Ağırlık merkezi derinliği ve alan
yc = d + H/2 = 4 + 2/2 = 5 m
A = H·b = 2·1,5 = 3 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·5·3 = 147,2 kN
Cevap
F = 147,2 kN
18.Hidrostatik kuvvet
Cevap: ycp = 2,533 m
Düzlem yüzeye hidrostatik kuvvet: F = ρ·g·yc·A. Her zaman ağırlık merkezinin altında bulunan basınç merkezinde, ycp = yc + Ic/(ycA), etkir.
Ağırlık merkezi derinliği ve alan
yc = d + H/2 = 2 + 1/2 = 2,5 m
A = H·b = 1·3 = 3 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,5·3 = 73,58 kN
Basınç merkezi
Basınç derinlikle arttığından bileşke ağırlık merkezinin altında etkir.
Boru akışı: Reynolds sayısı Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ, laminer akışı (Re yaklaşık 2000’in altında) türbülanslı akıştan (yaklaşık 4000’in üstünde) ayırır. Boru boyunca sürtünme, Darcy–Weisbach yük kaybına hf = f·(L/D)·V²/(2g) yol açar. Bağlantı parçaları, vanalar, giriş ve çıkış yerel kayıplar hm = ΣK·V²/(2g) ekler. İki açık hazne yüzeyi arasında enerji denklemi, çıkış kaybı K = 1 dahil, Δz = hf + hm verir.
Yük kaybı
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,025·(50/0,05)·2,4²/(2·9,81) = 7,339 m
Basınç düşüşü
Boru yataydır ve hız değişmez, bu yüzden enerji denklemi Δp = ρ·g·hf’ye indirgenir.
Δp = ρ·g·hf = 1000·9,81·7,339 = 72000 Pa = 72 kPa
Cevap
Δp = 72 kPa
20.Boru sürtünmesi ve yük kaybı
Cevap: Δz = 0,7753 m
Boru akışı: Reynolds sayısı Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ, laminer akışı (Re yaklaşık 2000’in altında) türbülanslı akıştan (yaklaşık 4000’in üstünde) ayırır. Boru boyunca sürtünme, Darcy–Weisbach yük kaybına hf = f·(L/D)·V²/(2g) yol açar. Bağlantı parçaları, vanalar, giriş ve çıkış yerel kayıplar hm = ΣK·V²/(2g) ekler. İki açık hazne yüzeyi arasında enerji denklemi, çıkış kaybı K = 1 dahil, Δz = hf + hm verir.
Hız
V = Q/A = 0,1/0,07069 = 1,415 m/s
V²/(2g) = 0,102 m
Kayıp katsayıları
f·L/D = 0,015·100/0,3 = 5
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 0,2 + 1,0 = 2,6
Toplam yük kaybı
hf = 5·0,102 = 0,51 m
hm = 2,6·0,102 = 0,2652 m
Δz = hf + hm = 0,7753 m
Cevap
Δz = 0,7753 m
21.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: Q = 13,9 m³/s
Manning denklemi (SI): açık kanalda üniform akış için V = (1/n)·R2/3·S1/2 ve Q = A·V; burada n pürüzlülük katsayısı, S taban eğimi (m/m) ve R = A/P hidrolik yarıçaptır: akış alanı bölü ıslak çevre. P’ye serbest yüzey değil, yalnızca suyla temas eden sınır dahil edilir. Dikdörtgen: A = b·y, P = b + 2y. Şev eğimi z:1 (yatay:düşey) olan yamuk: A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Tam veya yarı dolu akan dairesel bir boruda R = D/4’tür.
Geometri
A = (b + z·y)·y = (2 + 1,5·1,3)·1,3 = 5,135 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2 + 2·1,3·√(1 + 1,5²) = 6,687 m
R = A/P = 0,7679 m
Hız
V = (1/0,012)·0,76792/3·0,00151/2 = 2,706 m/s
Debi
Q = A·V = 5,135·2,706 = 13,9 m³/s
Cevap
Q = 13,9 m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: S = 0,00175 m/m
Manning denklemi (SI): açık kanalda üniform akış için V = (1/n)·R2/3·S1/2 ve Q = A·V; burada n pürüzlülük katsayısı, S taban eğimi (m/m) ve R = A/P hidrolik yarıçaptır: akış alanı bölü ıslak çevre. P’ye serbest yüzey değil, yalnızca suyla temas eden sınır dahil edilir. Dikdörtgen: A = b·y, P = b + 2y. Şev eğimi z:1 (yatay:düşey) olan yamuk: A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Tam veya yarı dolu akan dairesel bir boruda R = D/4’tür.
Hidrolik yarıçap
R = D/4 = 0,45/4 = 0,1125 m
Manning’i S için çözün
S = (n·V/R2/3)² = (0,013·0,75/0,233)² = 0,00175
Cevap
S = 0,00175
Bu, kilometrede 1,75 m düşü demektir.
23.Pompalar ve pompa gücü
Cevap: η = 70,13 %
Pompa gücü: suya verilen güç hidrolik güç Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp’dir. Pompada kayıplar olduğu için mil daha fazlasını vermelidir: Pshaft = Ph/ηpump; motor ise Pel = Pshaft/ηmotor çeker. Pompa basma yüksekliği H enerji denkleminden bulunur: statik yükseklik + basınç yüksekliği + tüm sürtünme ve yerel kayıplar.
Hidrolik güç
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,06·28 = 16,48 kW
Verim
η = Ph/Pshaft = 16,48/23,5 = 70,13%
Cevap
η = 70,13%
24.Pompalar ve pompa gücü
Cevap: H = 55,26 m
Pompa gücü: suya verilen güç hidrolik güç Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp’dir. Pompada kayıplar olduğu için mil daha fazlasını vermelidir: Pshaft = Ph/ηpump; motor ise Pel = Pshaft/ηmotor çeker. Pompa basma yüksekliği H enerji denkleminden bulunur: statik yükseklik + basınç yüksekliği + tüm sürtünme ve yerel kayıplar.
İki yüzey de pratikte durgundur, bu yüzden hız yüksekliği terimi yoktur.
H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 35 + 10,19 + 10,06 = 55,26 m
Cevap
H = 55,26 m
25.Paranın zaman değeri
Cevap: PV = 1733 €
Paranın zaman değeri: bugünkü para, faiz kazanabileceği için aynı miktarın ileride olandan daha değerlidir. Dönem başına i faiz oranıyla bir tutar FV = PV·(1 + i)n olarak büyür. Eşit ödemeler dizisi (anüite) her ödeme toplanarak değerlenir; anüite formülleri buradan gelir.
Anüite faktörü
(1 − (1 + i)−n)/i = (1 − 0,7921)/0,06 = 3,465
Bugünkü değer
PV = 500·3,465 = €1 732,55
Cevap
PV = €1 732,55
26.Paranın zaman değeri
Cevap: A = 414,3 €
Paranın zaman değeri: bugünkü para, faiz kazanabileceği için aynı miktarın ileride olandan daha değerlidir. Dönem başına i faiz oranıyla bir tutar FV = PV·(1 + i)n olarak büyür. Eşit ödemeler dizisi (anüite) her ödeme toplanarak değerlenir; anüite formülleri buradan gelir.
Aylık oran ve taksit sayısı
i = 0,06/12 = 0,005
N = 12·6 = 72
Taksit
N eşit A ödemesinin bugünkü değeri A·(1 − (1 + i)⁻ᴺ)/i'dir. Bunu krediye eşitleyin ve A'yı çözün.
(1 + i)−N = 0,6983
A = 25 000·0,005/(1 − 0,6983) = €414,32
Cevap
A = €414,32
27.NBD ve IRR
Cevap: NPV = −22222 €
Net bugünkü değer: her nakit akışını gerekli getiri oranı r ile bugüne indirgeyin ve toplayın: NBD = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. NBD > 0 olan proje r'den fazla kazandırır ve değer yaratır. İç verim oranı (IRR), NBD = 0 yapan orandır.
Nakit akışlarının değeri
PV = 16 000/(0,11 − 0,02) = 177 777,78
NPV
NPV = 177 777,78 − 200 000 = −€22 222,22
Cevap
NPV = −€22 222,22
NBD negatif, yani proje gerekli getiriden azını kazandırır.
28.NBD ve IRR
Cevap: NPV = 1837 €
Net bugünkü değer: her nakit akışını gerekli getiri oranı r ile bugüne indirgeyin ve toplayın: NBD = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. NBD > 0 olan proje r'den fazla kazandırır ve değer yaratır. İç verim oranı (IRR), NBD = 0 yapan orandır.
NBD pozitif, yani proje gerekli getiriden fazlasını kazandırır.
29.Normal dağılım
Cevap: P = 0,4202
Normal dağılım: bir x değerini z = (x − μ)/σ ile z puanına çevirin; z, ortalamadan kaç standart sapma uzakta olunduğunu sayar. z tablosu (ya da Φ(z)) z’nin solundaki alanı, yani P(X < x) değerini verir. Sağdaki alan 1 − Φ(z), iki değer arasındaki alan ise bu iki alanın farkıdır.
z puanları
z₁ = (488 − 500)/40 = −0,3
z₂ = (534 − 500)/40 = 0,85
Aradaki alan
P = Φ(0,85) − Φ(−0,3) = 0,8023 − 0,3821 = 0,4202
Cevap
P = 0,4202
30.Normal dağılım
Cevap: x = 75,4 puan
Bir alandan z’ye geri dönmek: Φ(z), z’nin solundaki alandır. Sol kuyruk alanı A için tabloda Φ(z) = A olan z’yi bulun. Sağ kuyruk alanı A, Φ(z) = 1 − A demektir. −z ile z arasındaki merkezî alan A, her kuyrukta (1 − A)/2 bırakır, yani Φ(z) = (1 + A)/2. Bir x değeri için x = μ + zσ kullanın.
Soldaki alan
Φ(z) = 0,85
Tablodan z
z ≈ 1,04
Özgün birimlere geri dönüş
x = 65 + 1,04·10 = 75,4 puan
Cevap
x = 75,4 puan
Bu bağımsız bir alıştırma materyalidir. ExamProblems bu sınavı düzenleyen kuruluşla bağlantılı değildir ve onun tarafından onaylanmamıştır; sınav adı yalnızca içeriği tanımlamak için kullanılmaktadır. FE exam sınavı NCEES tarafından yürütülür; bu kuruluş ExamProblems ile bağlantılı değildir ve onu desteklemez.