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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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 |