技術士一次 力学ノート

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平成28年度 技術士第一次試験 建設部門 Ⅲ-19 を解説、平均流速は粗度係数に反比例

平成28年度 技術士第一次試験 建設部門 Ⅲ-19は、一様勾配・一様断面の開水路の水理解析に関する問題です。この問題では、5つの記述のうち最も不適切なものを選びます。

この問題のポイント

この問題は、マニングの式で粗度係数がどこにあるかを問うものです。引っかけの核心は比例と反比例の向きで、比例と書いてあります。

この設問は平成30年度Ⅲ-18と令和3年度Ⅲ-19にも出ています。平成28年度が最も古い例です。

※ 問題文と選択肢そのものは、公益社団法人 日本技術士会が公開している公式PDFで確認できます。

正答:選択肢2(最も不適切なもの)

> この論点をやさしく解説:ベルヌーイの定理で管の途中の圧力を出す|答えは負圧になる

各選択肢の正誤

5つのうち4つは開水路の基本です。誤りは比例の向きにあります。

選択肢正誤解説
1 フルード数が1より小さい常流、1を超える射流、1の限界流に分けられる○(正しい)開水路の流れの分類
2 マニングの平均流速公式によると開水路の平均流速は粗度係数に比例する×(誤り)反比例。粗度係数は式の分母にある
3 等流水深は水路勾配が大きいほど減少するが限界水深は水路勾配によらない○(正しい)限界水深は流量と断面形で決まる
4 限界勾配より緩い勾配の水路では等流水深は限界水深よりも大きい○(正しい)常流になる
5 限界勾配より急な勾配の水路では射流の水面形は下流側で等流水深に漸近する○(正しい)射流は下流へ向かって落ち着く

選択肢3から5は等流水深と限界水深の関係で筋が通っています。2だけが式の形の話です。

選択肢2のポイント(ここが誤り)

マニングの式は v=(1÷n)×R^(2÷3)×I^(1÷2) です。粗度係数nは分母にあるので、水路が粗いほど流れは遅くなります。

この設問は平成30年度Ⅲ-18・令和3年度Ⅲ-19にも出ています。正答は平成28年度が②、平成30年度が①、令和3年度が⑤で、3回とも番号が違います。

誤りの一文だけを別の設問に混ぜた形が令和元年度Ⅲ-18です。この一文は4つの年度に出ていることになります。

覚え方

  • v=(1÷n)×R^(2÷3)×I^(1÷2)
  • 粗度係数は分母にあるので反比例
  • 限界水深は勾配によらない

理解度チェック

Q.

マニングの式で平均流速は粗度係数とどう関係するか。

反比例します。粗度係数は式の分母にあります。

Q.

限界水深は水路勾配で変わるか。

変わりません。流量と断面形で決まります。

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出典

  • 公益社団法人 日本技術士会「平成28年度 技術士第一次試験問題〔専門科目 建設部門〕」10ページ Ⅲ-19
  • 公益社団法人 日本技術士会「平成28年度 技術士第一次試験 試験問題の正答」

※ 問題文と選択肢は掲載していません。上の表は各選択肢で問われている論点で、実際の設問は公式PDFで確認できます。

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構造設計の実務を続けながら、試験に出る力学の解き方を書き残しています。

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