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専門教育課程 機械工学科
授業科目区分 科目名 単位数 科目コード 開講時期 履修方法
専門教育課程
専門科目
専門
流体力学Ⅰ
Fluid Mechanics I
2 E013-01 2022年度
3期(前学期)
修学規程第4条を参照
担当教員名
*印は、実務経験のある教員を示しています。
授業科目の学習・教育目標
キーワード 学習・教育目標
1.流体の性質 2.圧力と全圧力 3.ベルヌーイの式と連続の式 4.運動量の法則 5.地域連携 流れ学は、機械工学の基礎をなす4力学の一つである流体力学の入門的基礎を学ぶ科目であ り、流力(性能)設計において重要な役割を果たす。ここでは、流体の基礎的な性質、ベル ヌーイの定理、連続の式、運動量の法則などを学ぶとともに、応用例について演習をとおし て習熟し、力学応用能力の修得を目指す。これらをよく理解することは機械系エンジニアと して必須条件である。
授業の概要および学習上の助言
流れ学Iは流体力学の入門的内容であり、主に非粘性非圧縮性流体という理想的な流れを扱う。但し、実際の流体の挙動に対 する修正も適宜加えている。その概要は次の通りである。 1.流体の性質と流れ現象 1-1 固体,液体,気体  1-2 次元と単位  1-3 密度など  1-4 粘性              1-5 圧縮性と音速    1-6 蒸気圧など  1-7 表面張力 2.静止流体の特性    2-1 圧力の定義     2-2 流体深さと圧力  2-3 マノメータ              2-4 全圧力       2-5 浮力       2-6 水圧機 3.流れの基礎式     3-1 流れの状態     3-2 流れの表し方    3-3 流れの速度、加速度、流量  3-4 流れの基礎式の誘導 4.ベルヌーイの定理と連続の式   4-1 連続の式の誘導    4-2 連続の式の応用              4-3 ベルヌーイの式の誘導 4-4 ベルヌーイの式の応用  5.運動量の法則   5-1 運動量の法則    5-2 運動量の法則の応用 5-3 角運動量の法則   なお、本科目は予習が中心であり、直接講義しない内容もある。しっかり自学自習し,授業に臨むこと。本授業の内容は機械 工学の基礎であることを認識するとともに、その応用、特にどのように地域社会へ役立つかを考えながら取り組むこと。 参考書は、テキスト「流れ学」P197-198に掲載されているので参照のこと。 詳細な授業予定(対面およびリモートなど)は第1週目の授業時に提示される。
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:流れ学[朝倉書店] 参考書:指定なし リザーブドブック:指定なし
履修に必要な予備知識や技能
1 必ずノートをとる。 2 予習および復習を確実にする。 3 授業は演習や小テストおよびクイズを含む。自らが行動し学習するという意識をしっかり持って授業に臨むこと。 なお、反転授業の形で事前学習ビデオなどを配信する。必ず視聴の上、授業に参加すること。
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
D,J,M 流体の性質、特に、圧縮性、粘性などの働きを説明できる。
D,J,M 流体の深さと圧力との関係式が立てられるとともに、物体にかかる全圧力を計算できる。
D,J 流れの基礎式の導出が簡単な場合についてできる。
D,J,M 連続の式、ベルヌーイの式などを使い基礎的な流体計算ができる。
D,J,M 運動量の定理を理解し、実際の流体力計算に応用できる。
D,M 学習内容と地域社会における課題とのつながりを理解し、その内容について互いに討論し学び合える。
達成度評価
評価方法
試験 クイズ
小テスト
レポート 成果発表
(口頭・実技)
作品 ポートフォリオ その他 合計
総合評価割合 40 35 20 5 0 0 0 100
指標と評価割合 総合評価割合 40 35 20 5 0 0 0 100
総合力指標 知識を取り込む力 20 15 5 0 0 0 0 40
思考・推論・創造する力 20 10 5 0 0 0 0 35
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 0 2 0 0 0 2
発表・表現・伝達する力 0 0 0 3 0 0 0 3
学習に取組む姿勢・意欲 0 10 10 0 0 0 0 20
※総合力指標で示す数値内訳、授業運営上のおおよその目安を示したものです。
評価の要点
評価方法 行動目標 評価の実施方法と注意点
試験 筆記試験を実施する。日程は授業明細を参照のこと。説明問題、式の導入・展開問題、計算問題いずれの 可能性もある。授業の教授内容、演習問題などを教科書を中心に十分復習しておくこと。電卓は必ず持参 のこと。
クイズ
小テスト
授業前半の内容を中心に中間の小テストを行う。また、演習を複数回行う。基本的には、講義内容の区切 りごとに行う。また、随時理解の程度の確認のためクイズを行う。学習内容の復習・確認が目的である。 計算問題が中心となるので教科書はもとより電卓を必ず持参のこと。
レポート 予習レポートおよび復習を複数回課す。基本的には章あるいは節ごとに行う。その内容は教科書に関連事 項が掲載されているもの、あるいは既に他科目で習った範囲にあるものなので、十分に予習を行い解答す ること。また、総合演習に関する課題を提示する。総合演習に関する課題をレポートとして提出し、その 内容を評価する。なお、よく出来た(調べた)レポート成果は、レポート点の範囲内でボーナス点を付加 する。
成果発表
(口頭・実技)
課題に対しての討論、授業内での質疑応答などを総合的に評価する。
作品
ポートフォリオ
その他
具体的な達成の目安
理想的な達成レベルの目安 標準的な達成レベルの目安
流れの問題が保存則に支配されていることが理解でき、それら の基本法則より流れの基礎式を導くことができる。また特に下 記の事項について、基礎式を自由に変形でき,流れの問題を完 全に解くことができる。 ① 流体の性質、特に、圧縮性、粘性などの働きを説明できる 。② 流体の深さと圧力との関係式が立てられるとともに、物 体にかかる全圧力を計算できる。③ 流れの基礎式の導出がで きる。④ 連続の式、ベルヌーイの式などを使い基礎的な流体 計算ができる。⑤ 運動量の定理を理解し、実際の流体力計算 および流体機械などの基礎的な設計に応用できる。⑥ 積極的 に質疑応答に参加でき、本質的な議論ができる。 流体の運動について、特に下記の事項について力学的観点から ある程度説明できる。ベルヌーイの式、連続の式、運動量の定 理を利用して、基本的な流れ問題の解を得ることができる。 ① 流体の性質、特に、圧縮性、粘性などの働きを説明できる 。② 流体の深さと圧力との関係式が立てられるとともに、物 体にかかる全圧力を計算できる。③ 流れの基礎式の導出が簡 単な場合についてできる。④ 連続の式、ベルヌーイの式など を使い基礎的な流体計算ができる。⑤ 運動量の定理を理解し 、実際の流体力計算に応用できる。⑥ 積極的に質疑応答に参 加できる。
CLIP学習プロセスについて
一般に、授業あるいは課外での学習では:「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、GoodWork!」:のようなプロセス(一部あるいは全体)を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間(例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間/週)を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。
授業明細
回数 学習内容 授業の運営方法 学習課題 予習・復習 時間:分
授業方針・目的・概要などを説明する。 また基礎的な流体の性質について学習する。 講義 復習:流れ学における授業目的お よび学習教育目標の位置づけを再 確認する。また、流体の基本的な 性質について復習する。特に本科 目がどのように地域社会において 役立つか考えてみる。 60
1回目に引き続き基礎的な流体の性質について学習す る。 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 流体の性質について演習を行うの で、その内容に関する復習 (教科書第1章の演習問題など) 90
静止流体の特性、特に圧力について、その定義や性質 を学習する。 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 圧力に関する予習 予習ノート①(圧力の定義につい て調査、教科書18-28ページを参 照しながら、指定された予習ノー ト課題の実施) 授業内容についての復習を行う。 120
引き続き静止流体の特性について学習する。特に圧力 計として用いられるマノメータの原理について学習す る。 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 静水圧力に関する予習・復習 (特にマノメータの圧力測定原理 について予習) 180
静止流体の特性、特に全圧力について、その定義や性 質を学習する。また、物体に作用する浮力および油圧 機の原理についても学習する。 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 全圧力に関する予習 予習ノート②(工業力学で学習し た図心の求め方を復習すると同時 に、教科書28-35ページを参照し ながら指定された予習ノート課題 の実施) 授業内容についての復習を行う。 120
これまでの授業内容を試験や演習などを通じて振り返 る。 試験や演習などを通して学習 内容を自己点検 前回までの学習内容の復習 (流体の性質,圧力,全圧力など の内容を、演習問題を中心に再確 認する。該当する教科書章末問題 を解いて内容を振り返る) 240
流れている流体に関する基本的な性質、表し方につい て学習する。 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 授業内容の復習 (流線、流脈線、流跡線などの表 し方の特徴を復習する) 90
流れの基礎式、運動方程式について学習する。 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 流れの基礎式に関する予習 予習ノート③(工業力学などで学 習した質点の運動方程式、速度、 加速度を復習すると同時に教科書 第3章を参照しながら指定された 予習ノート課題の実施) 授業内容の復習 120
流れの基礎式、特に連続の式について学習する。 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 流量・連続の式に関する予習・復 習 (質量流量、体積流量、および連 続の式について予習) 180
10 ベルヌーイの式について学習する。とくにベルヌーイ の式の誘導および管路内における適用例を学習する。 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 ベルヌーイの式に関する予習 予習ノート④(工業力学などで学 習したエネルギー保存則を復習す るとともに教科書54-66ページを 参照しながら指定された予習ノー ト課題の実施) 授業内容の復習 180
11 ベルヌーイの式の応用例について学習する。 (ピトー管、ベンチュリ、トリチェリの定理など) 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 ベルヌーイの式の応用について予 習・復習 (ベルヌーイの式の応用例として ピトー管、ベンチュリ、トリチェ リの定理などについて予習) 授業内容の復習 180
12 運動量の法則について学習する。衝突噴流による流体 力やジェット推進について学習するととも、にその展 開として流体機械などの基礎理論およびそれらの設計 へ展開する。 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 運動量に関する予習 予習ノート⑤(工業力学などで学 習した運動量および運動量の保存 則について復習,教科書第5章を 参照しながら指定された予習ノー ト課題の実施) 演習内容の復習 授業内容の復習 180
13 振り返り:演習を一通りして、後半の講義内容を復習 する(授業の進捗に合わせて変更の場合あり。また、 地域の産業界の技術者による特別講演会に替える場合 もある)。 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 後半の学習内容の復習 (流れの基礎式、連続の式、ベル ヌーイの式および運動量の法則に ついて演習問題も含め再確認する 。該当する教科書章末問題を解い て内容を振り返る。) 180
14 達成度確認試験および自己点検 試験・自己点検(必要に応じ て総合演習の準備を行う) 試験勉強 240
15 総合演習や課題に関する討論と自己点検: 流れ学Iの講義内容の重要な項目を取り上げ、調査・ 実験などを通じて理解を深め、レポートやポスターな どを作成する。それらを通じ、流れ学I全般で学んだ ことを自己点検する。 課題に対する討論・自己点検 総合演習用課題作成 討論の準備 240