古賀恭一郎の日記

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令和元年度 技術士一次試験(再) 機械部門択一(32)流体から受ける力の大きさ

令和元年度 技術士一次試験(再) 機械部門択一問題の解答解説です。

技術士一次試験だけでなく、JABEE認定大学の機械工学科の皆さんにも活用できる内容になっていると思います。

お役に立てれば幸いです。

JABEE |一般社団法人 日本技術者教育認定機構|世界で通用する技術者」になるための学びが、ここに。 から引用

技術者を育成する教育プログラムを「技術者に必要な知識と能力」「社会の要求水準」などの観点から審査し、認定する非政府系組織です。“教育プログラム”は認定の対象とする教育の主体のことで、通常、工学・農学・理学系の学科あるいは学科内のコースに対応します。

中略

  • 認定プログラムの修了生は、国家資格である技術士の第一次試験が免除されます。
 
問題32 下図に示すように,90°曲がった円管の中を密度ρの流体が流れている。円管の断面積を A, 流体の平均流速を V とするとき,円管が流体から受ける力の大きさとして, 最も適切なものはどれか。ただし,流れは非圧縮性流体の定常流れであり,圧力損失,重力の影響は無視してよい。

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技術士会問題抜粋
 
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技術士会の正答は、②でした。
 
流れが当たる赤線部の面に作用する力をF、流入、流出する運動量をそれぞれMi、Moとすると、
 Mi=Vcos45°ρ(VA)
 Mo=-Vcos45°ρ(VA)
なお、赤線部に垂直な成分は、流入と流出でそれぞれ相殺されますので、無視しています。
 
ここでcos45°=2^0.5/2
 
そして運動量方程式を適用すると、
F=Mi-Mo=Vcos45°ρ(VA)+Vcos45°ρ(VA)
 =2^0.5/2ρV^2A+2^0.5/2ρV^2A
 =(2^0.5)ρV^2A
と解答②に一致しましたね。
 
JSMEテキストシリーズ流体力学P76を参照しました。 

 

 一次試験は、とにかく過去問を繰り返し解くことが、合格への近道です。

頑張ってください。