到達目標
１．流体の物理的特性と基本的な物理量を理解し，静水圧の算定ができる．
２．流体の基礎方程式として連続式，ナビエ・ストークス方程式，ベルヌーイの定理，運動量則を理解し，流体中の物体に働く力やオリフィス・堰からの流出量が算定できる．
３．層流と乱流の性質と流速分布の違いを理解し，壁面摩擦抵抗が水流に与える影響を説明できる．
４．管路における種々のエネルギー損失の原理を理解し，ダルシー則を利用して流量・水頭の算出と動水勾配線・エネルギー線の図示ができる．
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
| 流体の物理的特性と基本的な物理量を理解し，静水圧の算定ができる． | 流体の物理的特性と基本的な物理量を説明でき，静水圧の算定ができる． | 流体の物理的特性と基本的な物理量を理解し，静水圧の算定が概ねできる． | 流体の物理的特性と基本的な物理量を理解せず，静水圧の算定ができない． |
| 流体の基礎方程式として連続式，ナビエ・ストークス方程式，ベルヌーイの定理，運動量則を理解し，流体中の物体に働く力やオリフィス・堰からの流出量が算定できる． | 流体の基礎方程式として連続式，ナビエ・ストークス方程式，ベルヌーイの定理，運動量則を説明でき，流体中の物体に働く力やオリフィス・堰からの流出量が算定できる． | 流体の基礎方程式として連続式，ナビエ・ストークス方程式，ベルヌーイの定理，運動量則を理解し，流体中の物体に働く力やオリフィス・堰からの流出量が概ね算定できる． | 流体の基礎方程式として連続式，ナビエ・ストークス方程式，ベルヌーイの定理，運動量則を理解せず，流体中の物体に働く力やオリフィス・堰からの流出量が算定できない． |
| 層流と乱流の性質と流速分布の違いを理解し，壁面摩擦抵抗が水流に与える影響を説明できる． | 層流と乱流の性質と流速分布の違いを説明でき，壁面摩擦抵抗が水流に与える影響を説明できる． | 層流と乱流の性質と流速分布の違いを理解し，壁面摩擦抵抗が水流に与える影響を概ね説明できる． | 層流と乱流の性質と流速分布の違いを理解せず，壁面摩擦抵抗が水流に与える影響を説明できない． |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
本講義は数学，物理学の知識をもとに，静水と流水の物理学的特性について学ぶ．
キーワード：流体の物理学特性，完全流体と粘性流体，平面・曲面に作用する静水圧，流体の記述，基礎方程式（連続式，ベルヌーイの定理，運動量則，オイラー方程式，ナビエ・ストークス方程式，レイノルズ方程式），オリフィスと堰の流出，層流と乱流，粘性底層，流体力と抵抗係数，管水路，水頭表示，ダルシー・ワイスバッハの法則，ムーディー図表，動水勾配線とエネルギー線，等
関連講義：水理学Ⅱ，水理実験，生態環境工学，等
授業の進め方・方法:
授業形式：板書による説明を中心とし，問題演習を交えた授業を行う．適宜，プロジェクターによる参考資料・映像を提示する．
指定教科書：教科書は指定せず、講義資料を配布する．また，自学用の演習問題を適宜提供する．
評価方法：定期試験（通年４回）80％，レポート課題20％．
参考書：理解度を高める・基礎固めをするための参考図書を以下に挙げる．
・図説わかる水理学（井上和也他・学芸出版社）：平易な説明と豊富な図説で初学者の基礎固めに適している．
・水理学の基礎（有田正光・東京電機大学出版局）：複雑な数式を用いずに要点をまとめている．
・水理学Ⅰ（岩佐義郎他・朝倉書店）：物理的・数学的に丹念な説明と式展開を行っている．より理解を深めたい学生向け．
・明解水理学（日野幹夫・丸善）：高度な内容の大学生向け教科書だが，意欲のある学生は是非手に取ってほしい．
注意点:
数学（偏微分・ベクトル）や物理学（特に力学）を十分に復習し，実用上苦のないようにしておくことが望ましい．
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 |
講義説明・水理学Ⅰの概説 |
講義の概要の説明と，水理学Ⅰの概説．
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| 2週 |
水の物理学的特性，次元・単位（１） |
水の物理学的特性，水の基本的な物理量，単位と次元について学ぶ．
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| 3週 |
水の物理学的特性，次元・単位（２） |
水の物理学的特性，水の基本的な物理量，単位と次元について学ぶ．
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| 4週 |
静水力学（1） |
水圧の性質，静水圧の計算，浮力，浮体の安定性，相対静止問題について学ぶ．
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| 5週 |
静水力学（2） |
水圧の性質，静水圧の計算，浮力，浮体の安定性，相対静止問題について学ぶ．
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| 6週 |
静水力学（3） |
水圧の性質，静水圧の計算，浮力，浮体の安定性，相対静止問題について学ぶ．
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| 7週 |
静水力学（4） |
水圧の性質，静水圧の計算，浮力，浮体の安定性，相対静止問題について学ぶ．
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| 8週 |
前期中間試験 |
試験時間９０分．
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| 2ndQ |
| 9週 |
流体の記述と基礎方程式（１） |
水の流れの記述方法，基礎方程式（連続式，オイラー方程式，ナビエ・ストークス方程式）について学ぶ．
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| 10週 |
流体の記述と基礎方程式（２） |
水の流れの記述方法，基礎方程式（連続式，オイラー方程式，ナビエ・ストークス方程式）について学ぶ．
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| 11週 |
流体の記述と基礎方程式（３） |
水の流れの記述方法，基礎方程式（連続式，オイラー方程式，ナビエ・ストークス方程式）について学ぶ．
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| 12週 |
流体のエネルギー保存則（１） |
ベルヌーイの定理の導出，応用（オリフィスの流出，堰の公式）について学ぶ．
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| 13週 |
流体のエネルギー保存則（２） |
ベルヌーイの定理の導出，応用（オリフィスの流出，堰の公式）について学ぶ．
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| 14週 |
流体の運動量保存則（１） |
微小区間の運動量保存則，流体が壁面へ加える力について学ぶ．
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| 15週 |
流体の運動量保存則（２） |
微小区間の運動量保存則，流体が壁面へ加える力について学ぶ．
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| 16週 |
前期定期試験 |
試験時間９０分．
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
層流と乱流，粘性流体（１） |
乱流の基礎方程式（レイノルズ方程式），層流と乱流の違いと流速分布形，分子粘性と渦粘性，粘性底層と境界層理論について学ぶ．
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| 2週 |
層流と乱流，粘性流体（２） |
乱流の基礎方程式（レイノルズ方程式），層流と乱流の違いと流速分布形，分子粘性と渦粘性，粘性底層と境界層理論について学ぶ．
|
| 3週 |
層流と乱流，粘性流体（３） |
乱流の基礎方程式（レイノルズ方程式），層流と乱流の違いと流速分布形，分子粘性と渦粘性，粘性底層と境界層理論について学ぶ．
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| 4週 |
層流と乱流，粘性流体（４） |
乱流の基礎方程式（レイノルズ方程式），層流と乱流の違いと流速分布形，分子粘性と渦粘性，粘性底層と境界層理論について学ぶ．
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| 5週 |
流体力と抵抗（１） |
流体中の物体が受ける力，抵抗係数とレイノルズ数との関係，摩擦抵抗の原理について学ぶ．
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| 6週 |
流体力と抵抗（２） |
流体中の物体が受ける力，抵抗係数とレイノルズ数との関係，摩擦抵抗の原理について学ぶ．
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| 7週 |
管路と開水路 |
開水路と管路の定義と違いについて学ぶ．
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| 8週 |
後期中間試験 |
試験時間９０分．
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| 4thQ |
| 9週 |
管路内の流れ（１） |
管路流れの基本理論と流速分布形について学ぶ．
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| 10週 |
管路内の流れ（２） |
管路流れの基本理論，乱流現象について学ぶ．
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| 11週 |
管路のエネルギー・水頭計算（１） |
管路流れに関するエネルギーの水頭表示，ダルシー則，ムーディー図表の使い方，エネルギー線と動水勾配線の書き方について学ぶ．
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| 12週 |
管路のエネルギー・水頭計算（２） |
管路流れに関するエネルギーの水頭表示，ダルシー則，ムーディー図表の使い方，エネルギー線と動水勾配線の書き方について学ぶ．
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| 13週 |
管路のエネルギー・水頭計算（３） |
管路流れに関するエネルギーの水頭表示，ダルシー則，ムーディー図表の使い方，エネルギー線と動水勾配線の書き方について学ぶ．
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| 14週 |
管路の設計（１） |
管路サイフォンの設計やポンプのエネルギー効率について学ぶ．
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| 15週 |
管路の設計（２） |
管路サイフォンの設計やポンプのエネルギー効率について学ぶ．
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| 16週 |
後期定期試験． |
試験時間９０分．
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評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | レポート | 合計 |
| 総合評価割合 | 80 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 100 |
| 基礎的能力 | 30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 40 |
| 専門的能力 | 30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 40 |
| 分野横断的能力 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 |