2025年 理工学部 シラバス - 土木工学科
設置情報
| 科目名 |
水理学Ⅰ
静水力学、流れの支配方程式、流水抵抗、単線管路
|
||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 土木工学科 | 学年 | 2年 |
| 担当者 | 安田 陽一 | 履修期 | 前期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 木曜1 木曜2 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | A41N A42M |
| クラス | 2年生 1組 、 2組 | ||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
| その他 | 実務経験のある教員による授業科目 | ||
概要
| 学修到達目標 | 水理学とは、土木工学における基本的な学科目の1つであり、主として水の流れについて学ぶ教科である。また、水工系(応用水理学、河川環境工学、海岸環境工学など）および上・下水道の流れの基礎工学などの基礎となる。水理学Ⅰでは、水理学の入門として、静水力学、流れの入門、管路の流れについて学び、静水中の圧力の評価および単純な水理設計が可能となるようにする。本科目はDP1・3・5及びCP1・3・5に該当しています。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
対面授業で行う。時間割の設定された時間と曜日に行います。また、授業内容の予習・復習が可能なように資料をダウンロードしています。定期試験は実施しません。毎週の出欠、ノート記録、およびレポートの成果状態により評価し、減点システムを導入しています。授業中の発言、換算試験結果、拡張講義の参加については加点として導入しています。 |
| 履修条件 | 水理学Ⅰ演習を履修すること。新規受講者を対象とします。過年度生はクラス担任からの許可願いおよび理にかなった理由がない限り受講できません。ただし、編入および休学に伴う初受講は受講できます。 |
| ディプロマ・ポリシー（DP）及びカリキュラム・ポリシー（CP）との関連 | ディプロマ・ポリシーとカリキュラム・ポリシーの関連として、2年生から本格的な専門科目を学ぶ段階となり、水理学は土木工学の専門分野として求められる主要な科目であり、授業ごとに授業内容の主なポイント、水工技術への適用を確認し、理解の程度を確認して総合評価した上で単位取得の有無が判断される。 |
授業計画
| 第1回 | 「水理学」の目的と講義・演習の方法について単位と次元についての講義「SI単位・工学単位の表示、次元式の表示を学ぶ」および静水中の圧力についての講義「圧力の取り扱い(絶対圧力・ゲージ圧力の表示)と考え方を学ぶ」微小要素、偏微分、ニュートン力学 | Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
|---|---|---|---|
| 第2回 | 平面の受ける圧力についての講義「平板に作用する水圧」平板全体に作用する水圧とその作用位置の算定方法を学ぶ。 図形学、微小要素、偏微分、定積分、ニュートン力学 | Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
| 第3回 | 曲面の受ける圧力についての講義「曲面に作用する水圧」曲面に作用する水圧を水平成分と鉛直成分に分けて、大きさとその作用位置の算定方法を学ぶ。 | Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
| 第4回 | 浮体の安定についての講義「浮体の安定条件、浮心・傾心の算定方法を学ぶ」浮力と自重とのバランスを検討することを学ぶ。 | Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
| 第5回 | 相対的静止についての講義「オイラーの平衡方程式とその適用方法を学ぶ」ダランベールの法則にしたがい、平衡状態を考え、慣性力と自重によって生じる圧力および水面形の推定方法を学ぶ。 | Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
| 第6回 | 流れの支配方程式(その1)についての講義流体の術語の定義、理想流体に適用した支配方程式についての講義「連続の式、ベルヌーイの定理について学ぶ」質量保存の法則、エネルギー保存則を基本に速度、水圧の推定する方法を学ぶ。 | Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
| 第7回 | 流れの支配方程式(その２)についての講義「運動量方程式とその適用方法を学ぶ」ニュートンの力学法則から流体運動の力学的なバランスを考え、速度、水圧の推定する方法を学ぶ。 | Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
| 第8回 | 実在流体の水理についての講義 「層流・乱流の定義 内部摩擦、流速分布の違いについて学ぶ」流体力学の考えを学び、経験則を複合し、抵抗則を学ぶ。 | Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
| 第9回 | 実在流体の流水抵抗についての講義 「摩擦抵抗係数、マニングの式、Stricklerの式について学ぶ」摩擦抵抗の経験則を考え、実用式の位置づけを学ぶ。 | Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
| 第10回 | 損失水頭についての講義 「Darcy Weisbachの式、局所損失について学ぶ。また、断面平均流速による運動量、速度水頭の補正について学ぶ。」摩擦に起因するエネルギー損失と局所的な渦によるエネルギー損失に大別し、実用的なアプローチを学ぶ。 | Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
| 第11回 | 断面平均流速による運動量、速度水頭の補正について学ぶ Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 第1回から第10回までの授業内容を確認するための小テスト（加点方式の換算試験）を実施する。 今までの資料、課題内容を事前に復習し、不明瞭の箇所を復習する。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
| 第12回 | 単線管路の水理についての講義「エネルギー線、動水勾配線、管路計算の考え方、貯水池間に結ばれた単線管路について学ぶ。」実在流体の抵抗則の活用方法を学ぶ。 | Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
| 第13回 | 単線管路の水理についての講義「エネルギー線、動水勾配線、管路計算の考え方、自由放流端を有する単線管路について学ぶ。」自由放流端での取り扱いおよび実在流体の抵抗則の活用方法を学ぶ。 | Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
| 第14回 | 単線管路の水理についての講義「サイフォンを有する管路含む単線管路の水理計算方法を学ぶ。」サイフォンの定義を明確にし、適用条件、判断方法を学ぶ。 | Classroomから事前資料をダウンロードし、予習する（120分）。また、授業内容のまとめ、課題レポートを作成し、復習する（120分）。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
| 第15回 | 第1回から第14回までの授業内容を確認するための小テスト（加点方式の換算試験）を実施する。 | 第1回から第14回までの授業内容を確認するための小テスト（加点方式の換算試験）を実施する。 今までの資料、課題内容を事前に復習し、不明瞭の箇所を復習する。 | 事前学修：60分 事後学修：180分 |
その他
| 教科書 |
大津岩夫・安田陽一編著 『水理学－Application for Theory－』 理工図書 2019年 第7版
理工図書から出版された「水理学」および「水理学 例題・演習」を使用する。
|
|---|---|
| 参考書 |
水理学に関する参考書は数多くあり、比較しながら勉強することを勧める。
|
| 成績評価の方法 及び基準 |
毎週行うレポート課題、授業参加可否、授業中に記録したノートなどから減点評価を導入します。持ち点ははじめ100点から始まります。各回に3種類の課題のレポートを2段階で作成し提出します。各回に最大5点の減点（未提出と同じ評価）が生じるシステムを導入します。なお、授業中に記録したノートを回収し、不備な点が多いと、2点または3点減点とします。レポートの提出方法はClassroomを見てください。加点として授業中の意見の有無、換算試験結果、拡張講義の参加などで行います。 |
|
定期試験等に ついて |
平常点やレポート等の課題による評価予定 |
| 質問への対応 | 基本的にはいつでもかまいませんが、木曜、金曜に対面での質疑応答ができます。その他はメールでアポイントを取ってください。話し合う手段を決めて、日時を定めます。 |
| 研究室又は 連絡先 |
駿河台校舎タワースコラ棟S1011号室(環境水理研究室) 連絡先(電子メール)：<yasuda.youichi@nihon-u.ac.jp> 連絡先(TEL＆FAX)：03-3259-0409 |
| オフィスアワー |
木曜 駿河台 16:40 ～ 18:10 S1011号室
金曜 駿河台 15:00 ～ 18:00 S1011号室
|
| 学生への メッセージ |
論理構成が身についていないことが多いので、時間を設けて、博士（工学）または工学博士の資格があるものから論理構成、コミュニケーション能力、文章力を身につけるようにしてください。 |