AC çubuğundaki FAC kuvvetini düğüm yöntemiyle bulun. Çekmeyi pozitif, basıncı negatif verin.
açıklık = 5 myükseklik = 2 mB, A’dan 2 m uzaktadüşey yük = 55 kNyatay yük = 15 kN ←
FAC = kN
5.Kesme kuvveti ve eğilme momentiOrta
Konsol kiriş A’da ankastredir. Tüm boyunca düzgün yayılı w yükünü ve A’dan 5 m uzaklıkta P tekil yükünü taşır. Eğilme momenti Mx değerini A ankastre mesnedinden x = 1,5 m uzaklıktaki kesitte bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.
L = 5 mP = 50 kN @ 5 mw = 12 kN/m, 0 ile 5 m arasındax = 1,5 m
Mx = kN·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. Mesnetler arasındaki en büyük pozitif eğilme momenti Mmax değerini bulun.
L = 5 mw = 3 kN/m, 0 ile 5 m arasındamesnetler x = 0 ve x = 4 m konumlarında
Mmax = kN·m
7.Kiriş sehimiOrta
Basit mesnetli bir kiriş A mesnedinden a = 1 m uzaklıkta P tekil yükü taşır. Yükün altındaki sehim δP değerini bulun.
P = 14 kNa = 1 mL = 5 mE = 11 GPa (yapı kerestesi)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
8.Kiriş sehimiZor
Basit mesnetli bir kiriş B mesnedinden b = 1 m uzaklıkta P tekil yükü taşır. Açıklık ortasındaki sehim δmid değerini bulun.
P = 24 kNb = 1 mL = 6 mE = 70 GPa (alüminyum)I = 36 × 10⁶ mm⁴
δmid = mm
9.Kolon burkulmasıOrta
çelik malzemeden L boyunda bir kolon iki ucu ankastre. Euler formülüyle kritik burkulma yükü Pcr değerini bulun.
L = 5 mE = 200 GPa (çelik)d = 20 mm
Pcr = kN
10.Kolon burkulmasıZor
alüminyum malzemeden L boyunda dolu yuvarlak bir kolon tabanı ankastre, tepesi mafsallı. Burkulmaya karşı 2 güvenlik katsayısıyla 50 kN taşımalı. En küçük çap d değerini bulun.
P = 50 kNn = 2L = 3 mE = 70 GPa (alüminyum)
d = mm
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
Bir U kesit açık tarafı yukarıda duruyor: 200 mm genişliğinde bir taban levhası ve toplam 200 mm yüksekliğinde iki dik kol. Taban ve kolların hepsi 20 mm kalınlığındadır. Ağırlık merkezinden geçen yatay x eksenine göre atalet momenti Ix değerini bulun.
b = 200 mmh = 200 mmt = 20 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
200 mm × 300 mm boyutlarındaki bir levhada, 50 mm genişliğinde ve 40 mm yüksekliğinde, düşey merkez çizgisine ortalanmış ve merkezi alttan 195 mm yukarıda olan dikdörtgen bir kesik var. Ağırlık merkezinden geçen yatay eksene göre atalet momentini Ix bulun.
b = 200 mmh = 300 mmkesik: 50 × 40 mmdelik merkezi: y = 195 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Zeminde efektif gerilmeOrta
Gösterilen zemin profili için X noktasındaki düşey efektif gerilme σ′ değerini bulun.
7 m kalınlığındaki aşırı konsolide bir kil tabakasının Cc = 0,35, Cr = 0,04 ve e₀ = 0,8. Orta derinliğindeki efektif düşey gerilme 90 kPa ve ön konsolidasyon basıncı 120 kPa’dır. Yeni bir bina orta derinlikte 25 kPa düşey gerilme ekliyor. Birincil konsolidasyon oturması S değerini mm cinsinden bulun.
2 m kalınlığındaki bir kil tabakasının konsolidasyon katsayısı cv = 0,5 m²/yıl. İki kum tabakası arasında bulunur, bu yüzden su üstten ve alttan drene olur. %50 ortalama konsolidasyon için zaman faktörü Tv = 0,197. Tabakanın %50 konsolidasyona ulaşması kaç yıl t sürer?
3 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, su dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 2 m altında bulunuyor. Kapağa etkiyen bileşke hidrostatik kuvvet F değerini bulun.
d = 2 mH = 2 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Hidrostatik kuvvetZor
1,5 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, su dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 2,5 m altında bulunuyor. Kapağa etkiyen bileşke hidrostatik kuvvet F değerini bulun.
Su (ρ = 1000 kg/m³), 100 m uzunluğunda ve iç çapı 200 mm olan yatay bir borudan 1,3 m/s hızla akıyor. Darcy sürtünme faktörü f = 0,028 ve g = 9,81 m/s² kullanın. Boru boyunca basınç düşüşü Δp değerini kPa cinsinden bulun.
200 m uzunluğunda, iç çapı 150 mm (Darcy sürtünme faktörü f = 0,02) olan bir boru açık bir hazneden çıkıyor ve havaya serbest jet olarak boşalıyor. Yerel kayıplar: keskin kenarlı bir giriş (K = 0,5), 4 dirsek (her biri K = 0,3) ve bir vana (K = 5). g = 9,81 m/s² kullanın. 60 L/s debi için hazne yüzeyi boru çıkışının ne kadar H üstünde olmalıdır?
Yamuk kesitli bir çakıl kanalın taban genişliği 5 m ve şev eğimleri 1:1 (yatay:düşey). Su 2,3 m derinlikte üniform olarak akıyor. Manning n = 0,025 ve taban eğimi S = 0,0015. Debi Q değerini m³/s cinsinden bulun.
b = 5 my = 2,3 mz = 1n = 0,025S = 0,0015
Q = m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)Zor
Taban genişliği 5,5 m ve şev eğimleri 1,5:1 (yatay:düşey) olan yamuk kesitli bir çakıl kanal 1,3 m derinlikte üniform akışla 21 m³/s taşımalıdır. Manning n = 0,025. Gereken taban eğimi S değerini (m/m cinsinden) bulun.
Q = 21 m³/sb = 5,5 my = 1,3 mz = 1,5n = 0,025
S = m/m
23.Pompalar ve pompa gücüOrta
Verimi %60 olan bir pompa 80 m basma yüksekliğine karşı 15 L/s su (ρ = 1000 kg/m³) basıyor. g = 9,81 m/s² kullanın. Gereken mil gücü Pshaft değerini kW cinsinden bulun.
Q = 15 L/sH = 80 mη = 60%g = 9,81 m/s²
Pshaft = kW
24.Pompalar ve pompa gücüZor
Bir pompa 12 L/s suyu (ρ = 1000 kg/m³) açık bir alt hazneden, su yüzeyi 6 m daha yüksekte olan bir üst tanka basıyor. Boru 100 m uzunluğunda, iç çapı 100 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,022; yerel kayıp katsayılarının toplamı ΣK = 5 (giriş ve çıkış dahil). g = 9,81 m/s² kullanın. Pompanın eklemesi gereken basma yüksekliği H değerini bulun.
€1 000 tutarını, üç aylık bileşik, yıllık %4 nominal faizle yatırıyorsunuz. 4 yıl sonra yatırımın değeri FV'yi bulun.
PV = €1 0004% / 4n = 4
FV = €
26.Paranın zaman değeriZor
5 yıl boyunca her yılın başında €6 000 yatırıyorsunuz, ilk yatırım bugün. Hesap yıllık %3 faiz veriyor. 5. yılın sonunda hesapta ne kadar vardır? FV değerini bulun.
A = €6 000i = 3%n = 5
FV = €
27.NBD ve IRROrta
€20 000 tutarındaki bir yatırım 1'den 4'e kadar yılların sonunda şu nakit akışlarını sağlar: €9 000, €9 000, €7 000, €7 000. Sermaye maliyeti %6'tür. Net bugünkü değer NPV'ü bulun.
Bir proje bugün €200 000 maliyetindedir. Nakit akışı 1. yılın sonunda €33 500 olur ve 6. yılın sonundaki son nakit akışına kadar yıllık %4 büyür. Sermaye maliyeti %10. Net bugünkü değer NPV değerini bulun.
C0 = €200 000CF1 = €33 500g = 4%n = 6r = 10%
NPV = €
29.Normal dağılımOrta
Standart normal eğri altında, −z ile z arasındaki gölgeli alan 0,9692 olacak şekilde z’yi sürükleyin. z’yi iki ondalıkla bulun.
A = 0,9692
z =
30.Normal dağılımZor
Delik çapları D normaldir; ortalaması 25,04 mm, standart sapması 0,015 mm. Mil çapları d bağımsızdır ve normaldir; ortalaması 25 mm, standart sapması 0,02 mm. Rastgele seçilen bir mil, D − d > 0 olduğunda yerine oturur. Yerine oturma olasılığını P bulun. z’yi iki ondalığa yuvarlayın.
delik: μ = 25,04 mm, σ = 0,015 mmmil: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =
3Çözeltiler
1.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RA = 65,42 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·6 = 50·2 + 55·2,5
RB = 237,5/6 = 39,58 kN
ΣFy = 0: RA = 105 − 39,58 = 65,42 kN
Cevap
RA = 65,42 kN
2.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RB = 13,9 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 = 6·1 = 6 kN, x̄ = 6,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·10 = 20·5 + 6·1·6,5
RB = 139/10 = 13,9 kN
ΣFy = 0: RA = 26 − 13,9 = 12,1 kN
Cevap
RB = 13,9 kN
3.Kafes: düğüm yöntemi
Cevap: CG elemanı
Sıfır kuvvet elemanları: bir düğüm noktasında kuvvetler her yönde dengelenmelidir. Bir düğüm noktasında yük ve mesnet yoksa ve üç elemanından ikisi aynı doğru üzerindeyse, o doğruya dik dengede yalnızca üçüncü eleman yer alır, yani kuvveti sıfırdır. Yüksüz bir düğüm noktasında yalnızca iki eleman buluşuyorsa ve aynı doğru üzerinde değillerse, ikisi de sıfırdır.
G düğüm noktası
FG ve GH aynı düz doğru üzerindedir ve düğüm noktası yük taşımaz. O doğruya dik kuvvetleri dengelemek yalnızca CG’yi bırakır.
ΣF⊥ = 0 → FCG = 0
Düğüm noktaları yöntemiyle kontrol edin
Tüm düğüm noktalarını çözmek şu eleman kuvvetlerini verir (T = çekme, C = basınç).
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 = 55·2 − 15·2 → Cy = 16 kN
ΣFy = 0: Ay = 55 − 16 = 39 kN
ΣFx = 0: Ax = 15 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 = 2/3,606 = 0,5547, cos γ = 3/3,606 = 0,8321
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.
Serbest uçtaki parçayı tutun
P: −50·3,5 = −175 kN·m
w: −12·3,5²/2 = −73,5 kN·m
Mx = −175 − 73,5 = −248,5 kN·m
Cevap
Mx = −248,5 kN·m
Negatif, üst liflerin çekmede olduğu anlamına gelir (negatif moment).
6.Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Cevap: Mmax = 5,273 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 = 3·5 = 15 kN, x̄ = 2,5 m noktasında etkir
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 = 14000 N, a = 1000 mm, b = 4000 mm, L = 5000 mm
EI = 1,32 × 10¹² N·mm²
Yükün altındaki sehim
δP = Pa²b²/(3EIL) = 14000·1000²·4000²/(3·1,32 × 10¹²·5000) = 11,31 mm
Cevap
δP = 11,31 mm
8.Kiriş sehimi
Cevap: δmid = 20,63 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.
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.
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.
Gereken kritik yük
Pcr = n·P = 2·50000 = 100000 N
KL = 0,7·3000 = 2100 mm
Çap için çözün
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·100000·2100²/(π³·70000))^(1/4) = 60,05 mm
Cevap
d = 60,05 mm
Kontrol: narinlik KL/r = 139,9, dolayısıyla kolon narindir ve Euler geçerlidir.
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 45,29 × 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.
Dikdörtgenlere ayırın
Tabanı tam genişlikte ve iki kolu onun üstünde (yükseklik h − t) alın; böylece hiçbir şey iki kez sayılmaz.
baz: A1 = 200·20 = 4000 mm², y1 = 10 mm
iki kol: A2 = 2·20·180 = 7200 mm², y2 = 20 + 180/2 = 110 mm
Delikli kesitler: bir deliği negatif alan sayın. Ağırlık merkezi ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂)’dir; A₁, y₁ tam levha için, A₂, y₂ delik içindir. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti için her parçaya paralel eksen teoremini uygulayın ve deliği çıkarın: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²); burada d, her parçanın kendi ağırlık merkezinden ȳ’den geçen eksene olan uzaklıktır. Bir dikdörtgenin Ic = bh³/12, bir dairenin Ic = πd⁴/64’tür.
Ağırlık merkezi
ȳ = (60000·150 − 2000·195)/(60000 − 2000) = 148,4 mm
Tam levha, ȳ’ye göre
200·300³/12 + 60000·1,552² = 450,1 × 10⁶ mm⁴
Delik, ȳ’ye göre
50·40³/12 + 2000·46,55² = 4,601 × 10⁶ mm⁴
Çıkarın
Ix = 445,5 × 10⁶ mm⁴
Cevap
Ix = 445,5 × 10⁶ mm⁴
13.Zeminde efektif gerilme
Cevap: σ′ = 77,33 kPa
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.
Su basıncı su seviyesinin altındaki derinlikle artar.
u = γw·(z − zw) = 9,81·7 = 68,67 kPa
Efektif gerilme
σ′ = σ − u = 146 − 68,67 = 77,33 kPa
Cevap
σ′ = 77,33 kPa
14.Zeminde efektif gerilme
Cevap: σ′ = 94,14 kPa
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 + 19·3 + 17·3 = 153 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 = 153 − 58,86 = 94,14 kPa
Cevap
σ′ = 94,14 kPa
15.Konsolidasyon oturması
Cevap: S = 16,56 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 = 90 + 25 = 115 kPa ≤ 120 kPa
Oturma
Kil yeniden sıkışma doğrusu üzerinde kalır.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,04·7/(1 + 0,8)·log₁₀(115/90) = 16,56 mm
Cevap
S = 16,56 mm
16.Konsolidasyon oturması
Cevap: t = 0,394 yıl
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 yolu
Hdr = H/2 = 2/2 = 1 m
Süre
t = Tv·Hdr²/cv = 0,197·1²/0,5 = 0,394 yıl
Cevap
t = 0,394 yıl
17.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 176,6 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 = 2 + 2/2 = 3 m
A = H·b = 2·3 = 6 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·6 = 176,6 kN
Cevap
F = 176,6 kN
18.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 44,15 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 = 2,5 + 1/2 = 3 m
A = H·b = 1·1,5 = 1,5 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·1,5 = 44,15 kN
Cevap
F = 44,15 kN
19.Boru sürtünmesi ve yük kaybı
Cevap: Δp = 11,83 kPa
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) = 0,028·(100/0,2)·1,3²/(2·9,81) = 1,206 m
Basınç düşüşü
Boru yataydır ve hız değişmez, bu yüzden enerji denklemi Δp = ρ·g·hf’ye indirgenir.
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 = 0,06/0,01767 = 3,395 m/s
V²/(2g) = 0,5876 m
Kayıp katsayıları
f·L/D = 0,02·200/0,15 = 26,67
ΣK = 0,5 + 4·0,3 + 5 = 6,7
Enerji denklemi
Çıkış jeti hız yüksekliğini hâlâ taşır; bu bir kayıp değildir ama sağlanması gerekir.
H = (1 + 26,67 + 6,7)·0,5876 = 20,19 m
Cevap
H = 20,19 m
21.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: Q = 33,46 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 = (5 + 1·2,3)·2,3 = 16,79 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 5 + 2·2,3·√(1 + 1²) = 11,51 m
R = A/P = 1,459 m
Hız
V = (1/0,025)·1,4592/3·0,00151/2 = 1,993 m/s
Debi
Q = A·V = 16,79·1,993 = 33,46 m³/s
Cevap
Q = 33,46 m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: S = 0,003143 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.
Geometri
A = (b + z·y)·y = (5,5 + 1,5·1,3)·1,3 = 9,685 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 5,5 + 2·1,3·√(1 + 1,5²) = 10,19 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.
Hidrolik güç
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,015·80 = 11,77 kW
Mil gücü
Pshaft = Ph/η = 11,77/0,6 = 19,62 kW
Cevap
Pshaft = 19,62 kW
24.Pompalar ve pompa gücü
Cevap: H = 9,213 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 açıktır ve pratikte durgundur, bu yüzden basınç ve hız terimleri düşer.
H = Δz + hL = 6 + 3,213 = 9,213 m
Cevap
H = 9,213 m
25.Paranın zaman değeri
Cevap: FV = 1173 €
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.
Oran ve dönem sayısı
i = r/m = 0,04/4 = 0,01
N = m·n = 4·4 = 16
Gelecek değer
FV = 1 000·(1 + 0,01)16 = 1 000·1,173 = €1 172,58
Cevap
FV = €1 172,58
26.Paranın zaman değeri
Cevap: FV = 32810 €
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.
Normal anüite faktörü
((1 + 0,03)5 − 1)/0,03 = 5,309
Peşin anüite
Her yatırım bir yıl daha uzun süre yatırımda kalır.
FV = 6 000·5,309·1,03 = €32 810,46
Cevap
FV = €32 810,46
27.NBD ve IRR
Cevap: NPV = 7923 €
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.
Her nakit akışının bugünkü değeri
CF0 = −20 000
CF1/(1 + 0,06)1 = 9 000/1,06 = 8 490,57
CF2/(1 + 0,06)2 = 9 000/1,124 = 8 009,97
CF3/(1 + 0,06)3 = 7 000/1,191 = 5 877,33
CF4/(1 + 0,06)4 = 7 000/1,262 = 5 544,66
Toplayın
NPV = €7 922,52
Cevap
NPV = €7 922,52
NBD pozitif, yani proje gerekli getiriden fazlasını kazandırır.
28.NBD ve IRR
Cevap: NPV = −40450 €
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 negatif, yani proje gerekli getiriden azını kazandırır.
29.Normal dağılım
Cevap: z = 2,16
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.
z’nin solundaki alan
Φ(z) = (1 + 0,9692)/2 = 0,9846
z tablosunu tersten okuyun
Tablonun içinde 0,9846 değerini bulun ve z’yi okuyun.
z = 2,16
Cevap
z = 2,16
30.Normal dağılım
Cevap: P = 0,9452
Normal değişkenlerin toplamı ve farkı: X ve Y bağımsız ve normal ise X + Y ve X − Y de normaldir. Ortalamalar toplanır ya da çıkarılır: E(X ± Y) = μX ± μY. Varyanslar fark için de her zaman toplanır: Var(X ± Y) = σX² + σY², dolayısıyla σ = √(σX² + σY²). Standart sapmalar asla doğrudan toplanmaz. Aynı dağılıma sahip n bağımsız parçanın toplamının ortalaması n·μ, standart sapması σ·√n’dir. Sonra her zamanki gibi standartlaştırın: z = (x − ortalama)/σ ve Φ(z)’yi okuyun.
Farkın dağılımı
μ = 25,04 − 25 = 0,04 mm, σ = 0,025 mm
Standartlaştırın
z = (0 − 0,04)/0,025 = −1,6
Olasılık
P = 1 − Φ(−1,6) = 0,9452
Cevap
P = 0,9452
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.