到達目標
1.開水路におけるエネルギー則・運動量則について理解し,定常流の水面形算出方法について説明できる.
2.次元解析の基礎理論を理解し,フルード相似・レイノルズ相似を使い分けた実験モデルの設計ができる.
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 |
開水路におけるエネルギー則・運動量則について理解し,定常流の水面形算出方法について説明できる. | 開水路におけるエネルギー則・運動量則について理解し,定常流の水面形算出方法について説明できる. | 開水路におけるエネルギー則・運動量則について概ね理解し,定常流の水面形算出方法について概ね説明できる. | 開水路におけるエネルギー則・運動量則について理解せず,定常流の水面形算出方法について説明できない. |
次元解析の基礎理論を理解し,フルード相似・レイノルズ相似を使い分けた実験モデルの設計ができる. | 次元解析の基礎理論を理解し,フルード相似・レイノルズ相似を使い分けた実験モデルの設計ができる. | 次元解析の基礎理論を概ね理解し,フルード相似・レイノルズ相似を使い分けた実験モデルの設計が概ねできる. | 次元解析の基礎理論を理解せず,フルード相似・レイノルズ相似を使い分けた実験モデルの設計ができない. |
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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,水理学Ⅰ(3年次履修)・水理学Ⅱ前期(4年次前期履修)の知識をもとに,流水の物理学的特性について学ぶ.
キーワード: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),開水路,常流・射流・限界流,限界水深と等流水深,比力と比エネルギー,跳水,水面形決定問題,通水能,次元解析,無次元化と無次元量,バッキンガムのΠ定理,無次元レイノルズ方程式,フルード数・レイノルズ数・ストローハル数,フルード相似則とレイノルズ相似則,縮小モデル実験の設計
関連講義:水理学Ⅰ,水理学Ⅱ(前期),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(後期2回)90%,レポート課題10%.
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:
水理学Ⅰ・水理学Ⅱ前期の内容に加え,数学(特に偏微分とベクトル解析)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 |
後期 |
3rdQ |
1週 |
講義説明 開水路の基礎理論(1) |
開水路の定常流におけるレジーム(常流・射流・限界流),限界水深と等流水深,比エネルギー・比力の関係について学ぶ.
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2週 |
開水路の基礎理論(2) |
開水路の定常流におけるレジーム(常流・射流・限界流),限界水深と等流水深,比エネルギー・比力の関係について学ぶ.
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3週 |
開水路の漸変定常流(1) |
エネルギー保存則が成立する開水路漸変定常流での断面平均ベルヌーイの定理,水面形の基礎方程式,常流・射流と積分方向の関係について学ぶ.
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4週 |
開水路の漸変定常流(2) |
エネルギー保存則が成立する開水路漸変定常流での断面平均ベルヌーイの定理,水面形の基礎方程式,常流・射流と積分方向の関係について学ぶ.
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5週 |
開水路の急変定常流(1) |
エネルギー損失を伴う開水路急変流部での運動量保存則と比力の適用,比エネルギーの損失,跳水前後の水深の算定について学ぶ.
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6週 |
開水路の急変定常流(2) |
エネルギー損失を伴う開水路急変流部での運動量保存則と比力の適用,比エネルギーの損失,跳水前後の水深の算定について学ぶ.
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7週 |
開水路の水面形決定 |
開水路定常流の水面形決定問題とその解法について学ぶ.
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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 |
次元解析の理論(1) |
物理量と次元の関係,次元解析の利点と実例,バッキンガムのΠ定理について学ぶ.
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10週 |
次元解析の理論(2) |
物理量と次元の関係,次元解析の利点と実例,バッキンガムのΠ定理について学ぶ.
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11週 |
無次元化と無次元量(1) |
水理学の主要な無次元量(フルード数・レイノルズ数・ストローハル数)の物理的意味,レイノルズ方程式の無次元化について学ぶ.
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12週 |
無次元化と無次元量(2) |
水理学の主要な無次元量(フルード数・レイノルズ数・ストローハル数)の物理的意味,レイノルズ方程式の無次元化について学ぶ.
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13週 |
相似則とモデル設計(1) |
縮小モデル設計時の相似則の必要性,フルード相似則・レイノルズ相似則の適用範囲,実際のモデル設計方法について学ぶ.
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14週 |
相似則とモデル設計(2) |
縮小モデル設計時の相似則の必要性,フルード相似則・レイノルズ相似則の適用範囲,実際のモデル設計方法について学ぶ.
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15週 |
水理学全体の振り返り |
水理学Ⅰ・水理学Ⅱを通じて学んだ事項について,要素間の関係について復習を兼ねた整理をする.
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16週 |
後期定期試験 |
試験時間90分.
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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 |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 建設系分野 | 材料 | 材料に要求される力学的性質及び物理的性質に関する用語、定義を説明できる。 | 3 | |
鋼材の種類、形状を説明できる。 | 3 | |
鋼材の力学的性質(応力-ひずみ関係、降伏強度、引張強度、弾性係数等)を説明できる。 | 3 | |
セメントの物理的性質、化学的性質を説明できる。 | 3 | |
各種セメントの特徴、用途を説明できる。 | 3 | |
骨材の含水状態、密度、粒度、実積率を説明できる。 | 3 | |
骨材の種類、特徴について、説明できる。 | 3 | |
混和剤と混和材の種類、特徴について、説明できる。 | 3 | |
コンクリートの長所、短所について、説明できる。 | 3 | |
フレッシュコンクリートに求められる性質(ワーカビリティー、スランプ、空気量等)を説明できる。 | 3 | |
硬化コンクリートの力学的性質(圧縮強度、応力-ひずみ曲線、弾性係数、乾燥収縮等)を説明できる。 | 3 | |
耐久性に関する各種劣化要因(例、凍害、アルカリシリカ反応、中性化)を説明できる。 | 3 | |
各種コンクリートの特徴、用途について、説明できる。 | 3 | |
配合設計の手順を理解し、計算できる。 | 3 | |
施工・法規 | コンクリート工の目的と施工法について、説明できる。 | 3 | |
型枠工・鉄筋工・足場支保工・打設工の流れについて、説明できる。 | 3 | |
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 | 90 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 100 |
基礎的能力 | 40 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 50 |
専門的能力 | 40 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 40 |
分野横断的能力 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 |