到達目標
用語を理解し説明できること.次元と単位を理解すること.静水中に置かれた物体に作用する水圧を計算できること.流水が物体に及ぼす力を計算できること.流量の連続式を理解すること.ベルヌーイの定理を理解し利用できること.
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安(優) | 標準的な到達レベルの目安(良) | 未到達レベルの目安(不可) |
評価項目1 | 単位、次元、密度や比重等、基本的な特性量を説明できる | 次元や単位を間違わずに扱える | 基本的な特性量を説明できす、誤った単位を使う |
評価項目2 | 静水圧、圧力測定や浮体の安定性を説明すると伴に計算できる | 静水圧、圧力測定、浮体の安定性を計算できる | 静水圧、圧力測定、浮体の安定性を説明できす、計算ができない |
評価項目3 | 連続式、ベルヌーイ式、運動量方程式を説明でき、基本的な計算問題を解くことができる。 | 連続式、ベルヌーイ式、運動量方程式を用いて基本的な問題を解くことができる | 連続式、ベルヌーイ式、運動量方程式を理解できない |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
人類の歴史は河や海と深く関わっている.水は生命を維持するために無くてはならないものであり,生活用水,農業用水,工業用水などに利用し,生活を豊かなものにしている.しかし,時として洪水,津波,土石流などのように生命,財産を奪うこともある.水理学は河川改修,海岸堤防,上下水道,ダム,各種水利施設などの設計に用いられる.この授業では水の運動に関する基本的概念と原理につて説明し,その基本的性質を学ぶ.水とはどのような物理的性質のものか理解すること,流体の基礎式を導き,いろいろな条件で考察できることが目標となる.
授業の進め方・方法:
水理学の入門編である.水理学の基本的な考え方および理論について解説する.授業計画の各項目の内容について説明し,演習問題,課題により理解を深める.到達度試験80%、小テスト・演習など20%として評価を行い、総合評価は100点満点として、60点以上を合格とする。
注意点:
週当たり1回、週2時間の授業である。数学的な記述が多いので,基礎数学や微分積分学を理解しておく必要がある.計算問題が多いので関数電卓は必携である.演習では各自の理解度を自覚できる。建設技術者にとっては基礎的科目となる.
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
水理学の役割,単位と次元、 |
水理学の必要性を説明でき、単位、次元の基本を理解できる
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2週 |
水の密度・単位重量・圧縮性 |
水の基本的な性質について理解できる
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3週 |
表面張力 |
表面張力を理解し説明できる
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4週 |
粘性・流体の分類・圧力の伝達
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粘性、流体の分類・圧力の伝達について理解し、説明できる
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5週 |
エネルギの伝達、静水圧
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エネルギの伝達を理解し、静水圧を計算できる
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6週 |
水圧の測定 |
マノメータ等を用いて水圧を測定できることを理解し計算できる。
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7週 |
演習 |
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8週 |
到達度試験 |
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2ndQ |
9週 |
重心,図心,断面2次モーメント |
図形、物体の図心、重心、断面2次モーメントを計算できる
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10週 |
水面に平行・垂直な面に作用する静水圧 |
平面に作用する静水圧の強さや方向を理解し計算できる
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11週 |
傾いた平面に作用する静水圧
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傾いた平面に作用する静水圧の強さや方向を理解し計算できる
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12週 |
曲面に作用する静水圧 |
曲面に作用する静水圧の強さや方向を理解し計算できる
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13週 |
例題・演習 |
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14週 |
浮力、浮心、喫水 |
アルキメデスの原理を理解し、浮力、浮心、喫水を計算できる
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15週 |
演習 |
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16週 |
到達度試験 |
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後期 |
3rdQ |
1週 |
浮体の安定
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浮体の安定・不安定を計算できる
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2週 |
相対静止の問題、完全流体の流れ |
相対静止問題、完全流体を理解し説明できる
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3週 |
演習問題
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4週 |
連続方程式 |
連続体を理解し、質量保存則を適用し完全流体に対する連続式を理解できる
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5週 |
ベルヌーイの定理
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完全流体に対するベルヌーイの定理を理解できる
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6週 |
ベルヌーイの定理の適用例 |
ベルヌーイの定理を適用して各種公式を誘導できる。
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7週 |
演習問題 |
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8週 |
到達度試験 |
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4thQ |
9週 |
オイラーの運動方程式の誘導 |
運動方程式を理解できる
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10週 |
オイラーの連続の方程式の誘導
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連続方程式を理解できる
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11週 |
水平2次元流の例 |
水平2次元流の問題を解くことができる
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12週 |
運動量方程式の誘導 |
運動量方程式を理解できる
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13週 |
運動量方程式の例題・演習 |
運動量方程式を用い管路に及ぼす力を計算できる
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14週 |
オリフィス・せき・ゲート
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オリフィス・せき・ゲートを通過する流速・流量を計算できる
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15週 |
演習問題
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16週 |
到達度試験 |
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
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 | 物理 | 自由落下、及び鉛直投射した物体の座標、速度、時間に関する計算ができる。 | 3 | |
水平投射、及び斜方投射した物体の座標、速度、時間に関する計算ができる。 | 3 | |
物体に作用する力を図示することができる。 | 2 | |
重力、抗力、張力、圧力について説明できる。 | 3 | |
運動方程式を用いた計算ができる。 | 3 | |
物体の運動エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | |
重力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | |
弾性力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | |
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。 | 3 | |
運動量の差が力積に等しいことを利用して、様々な物理量の計算ができる。 | 2 | |
運動量保存則を様々な物理量の計算に利用できる。 | 3 | |
万有引力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | |
力のモーメントを求めることができる。 | 3 | |
重心に関する計算ができる。 | 3 | |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 建設系分野 | 水理 | 水理学で用いる単位系を説明できる。 | 3 | |
静水圧の表現、強さ、作用する方向について、説明できる。 | 3 | |
平面と曲面に作用する全水圧の大きさと作用点を計算できる。 | 3 | |
浮力と浮体の安定を計算できる。 | 3 | |
完全流体の運動方程式(Eulerの運動方程式)を説明できる。 | 3 | |
連続の式を説明できる。 | 3 | |
ベルヌーイの定理を説明でき、これを応用(ベンチュリーメータなど)した 計算ができる。 | 3 | |
運動量保存則を説明でき、これを応用した計算ができる。 | 3 | |
層流と乱流について、説明できる。 | 3 | |
流体摩擦(レイノルズ応力、混合距離)を説明できる。 | 3 | |
評価割合
| 到達度試験 | 小テスト・演習課題 | 合計 |
総合評価割合 | 80 | 20 | 100 |
基礎的能力 | 0 | 0 | 0 |
専門的能力 | 80 | 20 | 100 |