2024年度 流体力学II (SE) のページ

対象学部・学科・学年

理学部・地球圏科学科・3年生

第1回目（FUプラスアップ授業）

授業の進め方, 諸注意

教科書

• シラバスでは教科書は指定していませんが, せっかく大学生になり専門的な学問を勉強しているので, ネットで調べる, コピーで済ませる, ではなく手元に一冊購入して常に参照できるようにしておきましょう.
• 私が大学3年生後期に受講した授業（連続体力学：前期は弾性体力学，後期は流体力学が対象）では「弾性体と流体」（恒藤俊彦 著, 岩波書店）が教科書でした．この教科書は, 物理入門コースというシリーズの一冊で, 他に力学, 熱統計力学, 電磁気学, 量子力学, 相対性理論, 物理のための数学, といった本も出版されています．「物理のための数学」は, 前職での講義で教科書として使用していました.
• その他, 「 連続体の力学」（巽 友正 著, 岩波書店）という本もあります. 上記の本と大体同レベルの本です.
• 実際に手に取って眺めてみて, 自分に合う本を探して購入しましょう.
• 本授業では, 自作の講義ノートも配布する予定です. 他大学で行った流体力学の授業の講義ノートはここにあります.

復習について

• 教科書, 講義の録画, 授業中の板書などを参考に, 数式, 途中の計算をノートに書いて確かめてみましょう. 聞いているだけでは理解はできません. 実際に自分で手を動かして初めて理解ができます.
• 友達と互いに教えあいながら，議論しながら勉強するは非常に良い勉強法の一つです. 他人に教えるのは自分の理解につながります. 友人から教わる場合には, 友人の解説を鵜呑みにするのではなく, 批判的態度で聞くように心がけましょう.
• 演習問題の解答は自分で責任をもって解答しましょう. 他人の解答を, 漫然と写す, ただ写すだけの作業にならないように注意してください.
• 例年, 誤った解答を写している人が極めて多いです. 誤った解答が, なぜか流布される傾向にあります. デマが社会の中で拡散されやすことの縮図です. 誤った解答を写しても何の勉強にも自己研鑽にもなりません.
• 演習問題の解答はA4サイズのレポート用紙に書きましょう.

質問のある方は

• 遠慮なく岩山までメールで連絡をください. (メールアドレスは講義ノートに掲載しています.)
• FUポータルにBBSを用意してあります. それを通じてでも結構です.

第1回目（スタートアップ授業）

• FUポータルを通じてスタートアップ動画を視聴して, 前期の「流体力学I」の復習をしてください.
• 次回授業時に演習問題を解いてもらいます.

第2回目（9月18日）

• 資料はこちらです.
• 前期の流体力学に引き続く内容として, 音波を扱います. 音波について, 我々の既存の知識を整理し, 流体力学に基づいて音波を議論するための問題設定について話をしました.
• 授業の動画はここにあります.

第3回目（9月25日）

• 前回の授業の引き続き, 問題設定に従って流体力学の基礎方程式を簡単化していきました.
• 授業の動画はここにあります.

第4回目（10月2日）

• 前回の授業の引き続き, 問題設定に従って流体力学の基礎方程式を簡単化していきました. 特に, 線形近似を行い, 問題設定に従った方程式の変形は終了しました.
• 授業の動画はここにあります.

第5回目（10月9日）

• 前回までに導いた線形化された流体力学の基礎方程式を変形し，圧力場や密度場が波動方程式の形にかけること，その波動は音速で伝播することを議論しました．
• 授業の動画はここにあります.

第6回目（10月17日）

• 前回までで流体力学の基礎方程式が波動方程式に変形できること，その波動の伝播速度が音速に近いことを示しました. 今回の授業では理論的に求めた波動の伝播速度と, 音速の実験公式（音速の温度依存性）とが一致することをしましたした.
• また，非圧縮条件を課したときに, 音波に関する一連の式は導かれないことを示し，音波は流体の圧縮性によって伝播することを示しました.
• 授業の動画はここにあります.

第7回目（10月23日）

• 波の基礎について話をしました. 波長，波数，周期，振動数，位相速度などを説明しました.
• 授業の動画はここにあります.

第8回目（10月30日）

• 波の基礎について話をしました. 2次元の波動の波長，波数，周期，振動数，位相速度などを説明しました.
• 特に位相速度はベクトル量ではないことを説明し, 波数ベクトルを導入しました.
• 授業の動画はここにあります.

第9回目（11月6日）

• 前回に引き続いて, 波の基礎について話をしました.
• 前回示した波の位相速度はベクトル量ではないことの続きとして, 位相速度の逆数に注目するとベクトル量として表現できることを示しました.
• 授業の動画はここにあります.

第10回目（11月13日）

• 前回に引き続いて, 波の基礎について話をしました.
• 波の伝搬速度を特徴づける量として, 位相速度の他に群速度と呼ばれる量が導入できることを空間1次元の波動の場合に説明しました.
• 音波の群速度を求め, 位相速度と比べました.
• 授業の動画はここにあります.

第11回目（11月20日）

• 前回に引き続いて, 波の基礎について話をしました.
• 空間が2次元の場合の群速度について議論しました.
• 内部重力波の群速度を求め, 波数ベクトルと直交する方向に伝搬することを示し, 内部重力波の室内実験の映像の解説を行いました.
• 授業の動画はここにあります.

第12回目（12月4日）

• 前回までの話をまとめました．
• 波動方程式の解法について解説をしました.

第13回目（12月11日）

• 波動方程式の解法について引き続き解説をしました.
• 与えられた境界条件を満足する波動方程式の解を導きました.

第14回目（12月18日）

• 波動方程式の解法について引き続き解説をしました.
• 与えられた初期条件を満足する波動方程式の解を導きました.
• 変数分離定数が, 0叉は正の場合には境界条件を満足する非自明な解は存在しないことを示しました.
• 講義資料はここにあります.

第15回目（12月25日）

• 波動方程式のダランベール解の導出と解説をしました.
• 15回の授業全体を振り返りました.
• FURIKAを実施しました.
• 試験の傾向と対策を掲載しています. 試験勉強に使用してください.