2024年度学院等開講科目理学院地球惑星科学系

流体力学（地惑）

開講元: 地球惑星科学系
担当教員: 岡元太郎
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 月3-4 (石川台2号館 Ishikawadai Bldg. 2　318) / 木3-4 (石川台2号館 Ishikawadai Bldg. 2　318)
クラス: -
科目コード: EPS.B330
単位数: 200
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 1Q
シラバス更新日: 2025年3月14日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

地球惑星科学的現象においては，いたるところで流体運動が関与している。したがって，地球惑星科学が対象とする多様な現象の理解のためには，流体力学の素養は必須である。本講義では流体力学の初学者を対象として，流体力学の基礎からはじめ，地球惑星科学的現象で現れるいくつかの典型的な流体運動を紹介する。

到達目標

流体力学の目的には、(I) 流れ場のメカニズムを理解して速度場や圧力場を求めること、(II) 流れ場の中に置いた物体に作用する力を求めること、(III) 流れ場を予測し制御すること、などがある。本講義はこれらのうちの (I) と (II) を対象とする。本講義を履修することによって、下記の (1)-(4) の内容を習得する。
　(1) 連続体力学としての流体力学の基礎を理解する。
　(2) 非粘性・非圧縮性流体の流れの基礎を理解する。
　(3) 粘性流体の流れの基礎を理解する。
　(4) 流体力学的安定性の基礎を理解する。
【テーマ】本講義では，初学者を対象とし，題材としては非粘性・非圧縮性流体を中心にして粘性流体まで話を進める。もって，地球惑星科学の勉強・研究に役立つ流体力学の基礎の修得を目指す。

キーワード

非粘性・非圧縮流体, 粘性流体, 地球流体力学

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

主として講義形式で授業を進める。講義に関連した課題演習についての議論や解説も行う。地球惑星科学に関連した話題も紹介する予定である。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	完全流体１：流体の運動学	流体運動の記述法を理解する
第2回	完全流体２：連続の式とオイラーの運動方程式	完全流体の運動を記述する、連続の式とオイラーの運動方程式を理解する
第3回	完全流体３：ベルヌーイの定理	エネルギー保存の一つの表現である、ベルヌーイの定理を理解する
第4回	完全流体４：ケルビンの循環定理	渦を特徴づける量である循環について、ケルビンの循環定理を理解する
第5回	完全流体５：非圧縮・渦なし流れ	非圧縮・渦なし流れの、ポテンシャルによる記述方法を理解する
第6回	完全流体６：２次元の非圧縮・渦なし流れ	２次元の非圧縮・渦なし流れの、ポテンシャルによる記述方法を理解する。さらに、流れの中に置かれた物体に作用する力に関するブラジウスの公式とクッタ・ジュコーフスキーの定理を紹介する。
第7回	完全流体７：重力波	流体中において重力を復元力とする波動の基礎を理解する
第8回	粘性流体１：応力テンソル	粘性の作用のもとで必要になる応力テンソルの概念を理解する
第9回	粘性流体２：応力テンソルの表現	応力テンソルと構成関係を理解する
第10回	粘性流体３：ナビエ・ストークスの方程式	粘性流体の運動を記述するナビエ・ストークスの方程式を理解する
第11回	粘性流体４：典型的な流れ、相似則、レイノルズ数	典型的な粘性流れと、流れの相似則、および流れを特徴づけるレイノルズ数を理解する
第12回	粘性流体５：小さいレイノルズ数の流れ	レイノルズ数が小さい場合の流れの特徴や物体に作用する力を理解する
第13回	粘性流体６：流れの安定性と熱対流（その１）	流れの安定性の数学的な表現と、熱対流が開始する条件を理解する
第14回	粘性流体７：流れの安定性と熱対流（その２）	流れの安定性の数学的な表現と、熱対流が開始する条件を理解する

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

特になし

参考書、講義資料等

・「連続体の力学」，巽友正，岩波書店
・「流体力学」，巽友正，培風館
・「地球流体力学入門」，木村竜治，東京堂出版
・「Fluid Mechanics」，Landau & Lifshitz，Butterworth-Heinemann

成績評価の方法及び基準

講義に伴って実施する小テストとレポート課題、および期末試験の成績に基づいて評価する予定である。

履修の条件・注意事項

力学（地惑）、電磁気学（地惑）、物理数学A（地惑）、物理数学B（地惑）、熱力学（地惑）を履修していることが望ましい。