水理学基礎

科目基礎情報

学校 徳山工業高等専門学校 開講年度 令和03年度 (2021年度)
授業科目 水理学基礎
科目番号 0050 科目区分 専門 / 必修
授業形態 講義 単位の種別と単位数 履修単位: 2
開設学科 土木建築工学科 対象学年 3
開設期 通年 週時間数 2
教科書/教材 大西外明 最新 水理学Ⅰ
担当教員 宇根 拓孝

到達目標

静水力学では、物体に作用する全圧力、作用点、浮力、浮体の安定が計算できる。動水力学では、ベルヌーイの定理、連続の式、運動量保存則を管路等に適用し計算することができる。
①静水力学について理解する。②ベルヌーイの定理について理解する。③運動量方程式について理解する。

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
評価項目1 静水力学静水力学について十分理解できる。静水力学について理解できる。静水力学について理解できない。
評価項目2 動水力学ベルヌーイの定理について十分理解できる。ベルヌーイの定理について理解できる。ベルヌーイの定理について理解できない。
評価項目3運動量方程式について十分理解できる.運動量方程式について理解できる.運動量方程式について理解できない。

学科の到達目標項目との関係

到達目標 A 1 説明 閉じる

教育方法等

概要:
静水力学では、次元、次元式について学習した後、圧力の3性質、全圧力、圧力の作用点、浮力、浮体の安定を学習する。動水力学では、完全流体として、エネルギー保存則(ベルヌーイの定理)、質量保存則(連続の式)、運動量保存則(運動量保存則)を基礎式の導出、問題演習を通して学習する。
授業の進め方・方法:
毎回の講義には、学習シートを用いて、その講義の目的(内容)を最初に示し、内容の理解度チェック項目をさまざま準備することで、理解度チェックを学生、教官双方向から可能とする。
注意点:
関連科目  水理学(4年)、河海工学(5年)、水理科学(専攻科1年)、応用水理学(専攻科2年)
成績評価:4回の試験の平均点×0.8+レポート課題評価点(20点)

授業の属性・履修上の区分

アクティブラーニング
ICT 利用
遠隔授業対応
実務経験のある教員による授業

授業計画

授業内容 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 水理学基礎のガイダンスを行う。 水理学、流体力学では何を学ぶのか。また、学んで、どのような現象が理解できる。
2週 次元、次元式、単位系を学習する。 物理量を次元式で表すことを学習する。LMT,LFT系の相違、絶対単位、工学単位について理解できる。
3週 流体の物理的諸性質を学習する。 流体の密度、単位重量、圧縮性、粘性について理解できる。
4週 圧力体験を学習する。 プリントを用いて、圧力体験について学習する。理解できる。
5週 静水圧を学ぶ。 静水圧の強さ、静水圧の性質、絶対圧、ゲージ圧の相違について理解できる。
6週 鉛直な平面に作用する静水圧 鉛直な平板に作用する全静水圧、圧力の作用点を理解できる。
7週 液柱計(マノメーター) いろいろな液柱計の圧力の計算を理解できる。
8週 静水力学の総復習 第1~7週までの総復習、演習問題を行う。
2ndQ
9週 中間試験 次元式、圧力の性質、鉛直な平板に作用する力、液柱計の圧力を問う。
10週 解答と傾斜した平板に作用する静水圧 傾斜した平板に作用する全静水圧、作用点について理解できる。
11週 曲面に作用する静水圧 曲面に作用する全静水圧、作用点について理解できる。
12週 傾斜した平板、曲面に作用する静水圧の計算演習 傾斜平板、曲面に働く静水圧について演習により理解できる。
13週 浮力、アルキメデスの原理 浮力の導出、アルキメデスの原理について学習する。
14週 浮体の安定計算の導出と演習 浮体の安定計算の基礎式の導出、演習について理解できる。
15週 期末試験 傾斜した平板、局面に作用する全静水圧、作用点、浮力、浮体の安定について試験を行う。
16週 答案返却など 試験の解説をする。
浮体の安定計算を演習により理解できる。
後期
3rdQ
1週 浮体の安定計算の演習その2 浮体の安定計算を演習により理解できる。
2週 相対的静止の問題 流体静力学の基礎式と等圧面について理解できる。
3週 相対的静止の問題の演習 加速度の加わる流体の水面形を演習により理解できる。
4週 完全流体の流れの基礎 完全流体の分類、流線、流跡線、流脈線について理解できる。
5週 水の流れ(質量保存則)を学習する。 流体の時空間の運動の取り扱いについて学習する。その中でも、質量保存則である「連続の式」を理解できる。
6週 オイラーの運動方程式を導出する。 完全流体の運動方程式であるオイラーの運動方程式を導出できる。
7週 ベルヌーイの定理(エネルギー保存則)を学習する。 オイラーの運動方程式を積分して、ベルヌーイの定理を導出する。また、その演習ができる。
8週 中間試験 相対的静止、完全流体の流れ、質量保存則、エネルギー保存則(ベルヌーイの定理)について試験を行う。
4thQ
9週 貯水槽から排出する管の圧力分布ピトー管等 試験の解説をする。ベルヌーイの定理、連続の式よりいろいろな流れについて流速、圧力等を計算できる。
10週 ベンチュリ管、演習 連続の式、ベルヌーイの定理について、演習ができる。
11週 運動量保存則 流体の運動量保存則を導出できる。
12週 運動量保存則の演習1 平板に作用する力を計算できる。
13週 運動量保存則の演習2 局面に作用する力を計算する。オリフィス板に作用する力を計算できる。
14週 運動量保存則の演習3 運動量保存則の総復習ができる。(ベルヌーイ、連続の式も同時に用いる。)
15週 期末試験 運動量保存則について、ベルヌーイ定理、連続の式も用いて理解度を確認する試験を行う。
16週 答案返却など 試験の解答と解説を行う。1年間の学習について質問時間を設ける。

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地盤土の生成、基本的物理量、構造などについて、説明できる。4
土の粒径・粒度分布やコンシステンシーを理解し、地盤材料の工学的分類に適用できる。4
土の締固め特性を説明できる。4
ダルシーの法則を説明できる。4
透水係数と透水試験について、説明できる。4
透水力による浸透破壊現象を説明できる。4
土のせん断試験を説明できる。4
土のせん断特性を説明できる。4
土の破壊規準を説明できる。4
地盤内応力を説明できる。4
有効応力の原理を説明できる。4
土の圧密現象及び一次元圧密理論について、説明できる。4
圧密沈下の計算を説明できる。4
ランキン土圧やクーロン土圧を説明でき、土圧算定に適用できる。4
基礎の種類とそれらの支持力公式を説明でき、土の構造物の支持力算定に適用できる。4
斜面の安定計算手法を説明でき、安全率等の算定に適用できる。4
飽和砂の液状化メカニズムを説明できる。4
地盤改良工法や液状化対策工法について、説明できる。4
地盤調査の分類と内容について、説明できる。4

評価割合

試験発表相互評価態度ポートフォリオその他合計
総合評価割合80000200100
基礎的能力200000020
専門的能力6000020080
分野横断的能力0000000