跳水実験追加資料

4C 水理実験（2.常流・射流と跳水）レポート作成の手引き
水理実験実施要項にある 2.1 実験目的，2.2 実験装置，2.3 実験方法に関する記述および図を書く．
2.4 実験結果の整理と考察内容については以下のようにまとめること．
2.4 実験結果の整理と考察内容
（1）各測点の水深から，各断面の平均水深を求める．
以下のような各断面の水深の表を作成する．
表 1 ○○○
C 点から
の距離
(cm)
水深（cm）
左
中
右
平均
-300
-70
-20
0
20
（2）各断面における平均水深から，ダム上流水深h1，ダム頂部水深hc，跳水前水深h2および跳水
後水深h3を求める．
ダム上流水深h1は上流 70cm（-70cm）の位置における水深○○である．
ダム頂部水深hcは○○である．
跳水前水深h2は跳水前の位置（20cm～○○cm）の水深の平均値で○○である．
跳水後水深h3は跳水後の水深の平均値で○○である．
（3）h1，hc，h2およびh3の各断面での平均流速，フルード数，速度水頭，比エネルギーおよび比
力を求める．
流量を記述するとともに，平均流速，フルード数，速度水頭，比エネルギーおよび比力を計算に
より求める．計算は以下のように「公式」→「途中計算」→「答え」の順に書く．
平均流速u1=
Q = ○ =答え
bh1 ○×○
uc～u3，フルード数，速度水頭，比エネルギー，比力も平均流速と同じ書式で書く．
（4）h1，h2の間でエネルギー保存則（ベルヌーイの定理）が成り立つことを確かめる．
以下のように「公式」→「途中計算」→「答え」の順に書く．
1
u12
u2
+ z1 + h1 = 2 + z 2 + h2
2g
2g
○+○+○=○+○+○
答え=答え
（5）水路縦断図を作成し，水位およびエネルギー線を記入して，跳水前後でエネルギー損失が
起きることを確かめる．
以下のように各断面の流速，速度水頭，全水頭の表を作る．なお，後述の（6）
，
（9）で比エ
ネルギー，比力についても同様の表を作るため，ここでまとめて書いてもよい．また，グラ
フ用紙 2 枚を用いて，水路縦断図を作成する．
表 2 ○○○
流速
速度水頭
C 点からの距離
(cm)
(cm/s)
(cm)
全水頭
(cm)
-300
-70
-20
0
20
20
全水頭
水位
水位(㎝)
15
10
5
0
-300
-200
-100
0
C点からの距離(㎝)
図 1 水路縦断図
2
100
200
300
（6）比エネルギー曲線を描き，共役水深および限界水深の関係を調べるとともに，跳水による
エネルギー損失（⊿E）を求める．
比エネルギーと水深の関係を図 2 に表わす．同図において共役水深，限界水深の位置およ
び，射流と常流の領域を示すこと．
⎞
⎞ ⎛ u 32
⎛ u 22
⎟ ⎜
h
+ h3 ⎟⎟
+
2 ⎟ −⎜
⎜ 2g
⎠ ⎝ 2g
⎝
⎠
（2-1）より，エネルギー損失(⊿E)を求める．
15
15
10
10
水深(cm)
水深(cm)
また，⊿E= ⎜
h3
5
h3
5
常流
hC
hC
射流
h2
h2
0
0
0
5
10
15
0
1000
比エネルギー(cm)
2000
3000
4000
5000
6000
比力(cm3)
図 2 比エネルギーと水深の関係
図 3 比力と水深の関係
（7）運動量の法則から得られる，跳水前後の水深の関係式
h3=
1⎛
2
⎜ 1 + 8 Fr 2 − 1⎞⎟h2
⎠
2⎝
（2-2）
によって，実測されたh2を用いてh3を計算し，実験から測定されたh3と比較するとともに，
次式によってエネルギー損失を計算して式（2-1）の結果と比較検討せよ．なお，式（2-3）
のh3は実験から測定された値である．
(h3 − h2 ) 3
⊿E=
4h2 h3
（2-3）
（8）跳水前後の断面②と③では，運動量の法則によって比力が等しい．実験の結果はどうで
あったか考察せよ．
Q 2 Ah
+
比力 F=
によって断面②と③の比力を求め，それぞれの値を比較する．
gA 2
（9）比力曲線を描き，実験値と比較するとともに跳水前後での比力がどのような関係にあるか
考察せよ．
図 3 のように比力と水深の関係を図に表わす．同図において共役水深，限界水深の位置およ
び，射流と常流の領域を示すこと．
3

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