技術士一次 力学ノート

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平成30年度 技術士第一次試験 建設部門 Ⅲ-18 を解説、マニングの式で流速は粗度係数に反比例

平成30年度 技術士第一次試験 建設部門 Ⅲ-18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、開水路の流れを決める量の関係を問うものです。引っかけの核心は粗度係数が流速に効く向きで、比例すると書いてあります。

この設問は令和3年度Ⅲ-19に5つの記述が同じ内容で出ています。設問文は「一様勾配・一様断面の開水路の水理解析」から「一様な水路勾配と一様な長方形断面を持つ開水路の水理」に書き換えられ、正答の番号も違います。

※ 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1(最も不適切なもの)

> この論点をやさしく解説:令和3年度 Ⅲ-19|マニングの式で流速は粗度係数に反比例する

各選択肢の正誤

5つのうち4つは正しい記述なので、誤っている1つを探します。

選択肢正誤解説
1 平均流速は粗度係数に比例×(誤り)粗度係数は分母にあるので反比例。粗いほど遅い
2 常流・射流・限界流の分け方○(正しい)フルード数1を境にする
3 緩い勾配では等流水深が限界水深より大きい○(正しい)常流になる側の関係
4 急な勾配では射流の水面形が等流水深に漸近○(正しい)下流側で等流に落ち着く
5 等流水深は勾配で変わり限界水深は変わらない○(正しい)限界水深は流量と断面形だけで決まる

選択肢1は「比例」という1語だけで誤りになります。マニングの式の形を思い出せば向きが決まります。

選択肢1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、粗度係数nは分母にあります。だから粗い水路ほど流速は小さくなります。

径深Rと水路勾配Iは分子にあるので、大きいほど流速も大きくなります。どれが分母でどれが分子かを1度書いておけば向きを取り違えません。

令和3年度Ⅲ-19は5つの記述が同じ内容で、平成30年度の①が令和3年度で⑤へ回る巡回シフトです。令和元年度Ⅲ-18はこの誤り肢だけを別の設問に混ぜてありました。

覚え方

  • マニングの式は v=(1÷n)×R^(2÷3)×I^(1÷2)
  • 粗度係数nは分母(粗いほど遅い)、径深と勾配は分子
  • 限界水深は流量と断面形だけで決まり、勾配によらない

理解度チェック

Q.

マニングの式で流速と粗度係数の関係はどうなるか。

反比例します。粗度係数は分母にあり、粗い水路ほど流速は小さくなります。

Q.

限界水深は水路勾配で変わるか。

変わりません。流量と断面形だけで決まります。

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出典

  • 公益社団法人 日本技術士会「平成30年度 技術士第一次試験問題〔専門科目 建設部門〕」9ページ Ⅲ-18
  • 公益社団法人 日本技術士会「平成30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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