概要:
一般・専門の別:一般
学習の分野:自然科学系共通・基礎
必修・必履修・履修選択・選択の別:必履修
基礎となる学問分野:工学/機械工学/流体工学
学科学習目標との関連:本科目は総合理工学科学習目標「②確かな基礎科学の知識修得」に相当する科目である。
技術者教育プログラムとの関連:本科目が主体とする学習・教育到達目標は「(A)技術に関する基礎知識の深化,A-1:工学に関する基礎知識
として,自然科学の幅広い分野の知識を修得し,説明できること。」である。
授業の概要:流体工学は,水その他の流体を対象に主として実験的手法により解析する水力学と理論的手法によって解明する流体力学を一つの体系にまとめたものである。できる限り数式を多用せずに現象の物理的意味を明確にすることに重点を置いて解説する。
授業の進め方・方法:
授業の方法:板書を中心に教科書に沿って授業を進め,できるだけ具体的に解説を行う。また毎回,課題を出して授業時間外での追加学習を求める。(学習教科書に載ってない項目は,課題問題を提示する。)
成績評価方法:2回の定期試験の結果を同等に評価する(70%)。試験には教科書・ノートの持込を許可しない。授業時間外の学習成果(小テストを実施)(30%)。
注意点:
履修上の注意:本科目は「授業時間外の学習を必修とする科目」である。1単位あたり授業時間として15単位時間開講する。学年の課程修了のためには本科目の履修(欠席時間数が所定授業時間数の3分の1以下)が必須である。
履修のアドバイス:可能な限り身近な例を挙げて解説するので,あまり細かい数式の導出にとらわれすぎず,物理的意味を深く理解するように心掛ける方が良い。
基礎科目:基礎数学(全系1年),物理Ⅰ(全系1),物理Ⅱ(全系2),力学Ⅰ(全系3),力学Ⅱ(全系3),熱力学概論(全系3)
関連科目:流体工学(機械4年),熱力学(機械4),エネルギー変換工学(機械5),伝熱工学(5),流体力学(専2)等
受講上のアドバイス:予習・復習を十分にするとともに演習問題にも積極的に取り組むこと。授業時間外に復習や課題への取組を必ず行い,小テストへの準備をすること。1単位時間の半分を遅刻した場合には欠課とする。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
後期 |
3rdQ |
1週 |
ガイダンス 流体の特性とその取り扱い方 『流体の特性に関する課題』 |
流体の特性とその取り扱い方について説明ができる.
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2週 |
静止流体の力学1 〔流体に働く力と応力,圧力〕 『静止流体力学1に関する課題』 |
流体に働く力と応力,圧力に関する演習問題を解くことができる.
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3週 |
静止流体の力学2 〔重力場にある静止流体〕 『静止流体力学2に関する課題』 |
静止流体中に作用する圧力についての演習問題を解くことができる.
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4週 |
静止流体の力学3 〔相対的静止状態における力学〕 『静止流体力学3に関する課題』 |
相対的静止状態に関する演習問題を解くことができる.
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5週 |
流れとそれを表す方法1 〔流線方程式,流れを表す方法〕 |
流体の流動に関する定義を説明できる.
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6週 |
流れとそれを表す方法2 〔流体粒子の加速度,連続の式〕 |
連続の式に関する演習問題を解くことができる.
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7週 |
オイラーの運動方程式 『連続の式・オイラーの運動方程式に関する課題』 |
オイラーの運動方程式について説明ができる.
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8週 |
(前期中間試験) |
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4thQ |
9週 |
前期中間試験の返却と解答解説 ベルヌーイの定理1 |
ベルヌーイの式を使って演習問題を解くことができる.
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10週 |
ベルヌーイの定理2 『トリチェリの定理に関する課題』 |
トリチェリの定理を導出ができる.
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11週 |
ベルヌーイの定理3 『ベンチュリー管,ピトー管の課題』 |
ベンチュリ管,ピトー管についての演習問題を解くことができる.
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12週 |
流体の運動量 『運動量の法則に関する課題』 |
運動量の法則について説明ができる.
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13週 |
運動量の法則の応用 『運動量の法則に関する課題』 |
運動量の法則に関する演習問題を解くことができる.
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14週 |
角運動量の法則とその応用 |
角運動量の法則に関する演習問題を解くことができる.
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15週 |
(前期末試験)
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16週 |
前期末試験の返却と解答解説 |
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分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
基礎的能力 | 自然科学 | 物理 | 力学 | 速度と加速度の概念を説明できる。 | 4 | |
平均の速度、平均の加速度を計算することができる。 | 4 | |
物体に作用する力を図示することができる。 | 4 | |
力の合成と分解をすることができる。 | 4 | |
重力、抗力、張力、圧力について説明できる。 | 4 | |
質点にはたらく力のつりあいの問題を解くことができる。 | 4 | |
慣性の法則について説明できる。 | 4 | |
作用と反作用の関係について、具体例を挙げて説明できる。 | 4 | |
運動方程式を用いた計算ができる。 | 4 | |
仕事と仕事率に関する計算ができる。 | 4 | |
物体の運動エネルギーに関する計算ができる。 | 4 | |
重力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 4 | |
力学的エネルギー保存則を様々な物理量の計算に利用できる。 | 4 | |
物体の質量と速度から運動量を求めることができる。 | 4 | |
運動量保存則を様々な物理量の計算に利用できる。 | 4 | |
力のモーメントを求めることができる。 | 4 | |
角運動量を求めることができる。 | 3 | |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 力学 | 力は、大きさ、向き、作用する点によって表されることを理解し、適用できる。 | 4 | |
一点に作用する力の合成と分解を図で表現でき、合力と分力を計算できる。 | 4 | |
一点に作用する力のつりあい条件を説明できる。 | 4 | |
力のモーメントの意味を理解し、計算できる。 | 4 | |
偶力の意味を理解し、偶力のモーメントを計算できる。 | 4 | |
着力点が異なる力のつりあい条件を説明できる。 | 4 | |
重心の意味を理解し、平板および立体の重心位置を計算できる。 | 4 | |
速度の意味を理解し、等速直線運動における時間と変位の関係を説明できる。 | 4 | |
加速度の意味を理解し、等加速度運動における時間と速度・変位の関係を説明できる。 | 4 | |
運動の第一法則(慣性の法則)を説明できる。 | 4 | |
運動の第二法則を説明でき、力、質量および加速度の関係を運動方程式で表すことができる。 | 4 | |
運動の第三法則(作用反作用の法則)を説明できる。 | 4 | |
仕事の意味を理解し、計算できる。 | 4 | |
エネルギーの意味と種類、エネルギー保存の法則を説明できる。 | 4 | |
位置エネルギーと運動エネルギーを計算できる。 | 4 | |
熱流体 | 流体の定義と力学的な取り扱い方を理解し、適用できる。 | 3 | |
流体の性質を表す各種物理量の定義と単位を理解し、適用できる。 | 3 | |
ニュートンの粘性法則、ニュートン流体、非ニュートン流体を説明できる。 | 3 | |
絶対圧力およびゲージ圧力を説明できる。 | 3 | |
パスカルの原理を説明できる。 | 3 | |
液柱計やマノメーターを用いた圧力計測について問題を解くことができる。 | 3 | |
平面や曲面に作用する全圧力および圧力中心を計算できる。 | 3 | |
物体に作用する浮力を計算できる。 | 3 | |
定常流と非定常流の違いを説明できる。 | 3 | |
流線と流管の定義を説明できる。 | 3 | |
連続の式を理解し、諸問題の流速と流量を計算できる。 | 3 | |
オイラーの運動方程式を説明できる。 | 3 | |
ベルヌーイの式を理解し、流体の諸問題に適用できる。 | 3 | |
運動量の法則を理解し、流体が物体に及ぼす力を計算できる。 | 3 | |