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からの氎理孊単䜍の話

    ずおもたわりくどい曞き方になっおいたので修正したすすみたせん。

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    密床 ρ ろ

    私が小孊生だった頃、氎の特性倀は、すべおでした。密床、比重、比熱たで、すべおだったように思いたす。でも、その時、氎の䜓積は1[m³]ではなく、1[cc]だった気がするのですよね。それっお、1[cm³]のこずですよね。
    この話も、もし倧孊生が小孊生の話の䞭の数字だけたねお、「氎の密床は1kg/m³です」ず蚀ったらたちがいですね。ここでは、匏のように単䜍をばらしお、倉換しお組み立おなおしたした。マンガの䞭でふたりずも、間違っおはいなかったのですね。

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    匏 氎の密床


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    重力加速床 g じ


    匕き続き、重力加速床に぀いおです。そんなこずをテヌマにした理由ですが、アメリカでは今も、フィヌト、ポンド法であっお、メヌトルではないらしいのです。ここでは、次の匏䞭のXを求めなさい、ずいう問いず同じこずになりたす。

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    匏 重力加速床

    慣れたひずなら、匏をすぐに解いお、Xを瀺しおくれるのかもしれたせん。でも、ここではたず、加速床1.000[m/s²]に぀いお、以䞋の匏を甚意したした。

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    匏 加速床の返還匏

    匏ず匏ずから埗られる匏ですが、この匏の巊蟺に぀いおは、無次元の実数9.81になりたす少なくずも巊蟺に぀いおは、ややこしい単䜍を気にしおも良くなりたす。。この匏の圢づくりが、以埌の倉換をしおゆく時の倧きな助けになるず期埅したわけです。

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    匏 巊蟺は無次元の実数になりたす

    匏の巊蟺が無次元の実数9.81になるずいうこずで、容易に、
    X = 9.81 × 3.281 = 32.2
    を埗たす。マンガの䞭でふたりずも、間違っおはいなかったのですね。

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    思ったこずふかがり

    重力加速床gも、密床ρも、今たでの話の䞭で普通に定数ずしお登堎しおいたしたが、定数は定数でも適甚する単䜍に合わせお数倀の倉化する定数でした。そのほかにも、物性定数には倚くの皮類がありそうですが、無次元の係数䜕倍ずか䜕個ずかいった係数など以倖、物理的な単䜍が䜕か付いおいる定数には泚意したしょう。

    密床に䌌た濃床の抂念は、氎質を扱う分野でも良く䜿われおいたす。高さ10cm皋床の小さいコップの䞭の氎が「そのたた」の状態で㎥集たった時の質量[kg]が濃床[kg/㎥]ずいうこずですね。その片方で、食品に良く曞かれおいる濃床[mg/L]ずの違いが気になりたす。m³ずリットルの倧きさがずおも違うからです。そもそも、高さ10cmのコップの䞭の氎の濃床の話に、長さの単䜍ずしお1メヌトルずかテヌブルサむズの倧きさが想起される単䜍が甚いられるこず自䜓に違和感を感じる人も倚いのではないでしょうか。私自身が、そうでした。ですが、長さにはメヌトルを䜿うSI単䜍に寄り添っおくださいずいう流れがありたすので仕方ないです。ちなみに、1[kg/㎥]=1000[mg/L]です、䞊の蚈算䟋ず同じ手順で換算できるはずです

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    おたけ

    マニング匏がアメリカでどのようになるか考えおみたした。

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    (5)匏 SI単䜍での流速vを掚定するマニング匏

    この(5)匏を単䜍倉換しお、アメリカ察応にしおゆきたす。

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    (6)匏 流速vに぀いおの単䜍換算の甚意です黒ず緑のは数倀が異なりたす
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    (7)匏 埄深Rに぀いおの単䜍換算の甚意です黒ず緑のRは数倀が異なりたす

    (6)匏ず(7)匏に぀いお、それぞれ巊蟺の青い文字の郚分を右蟺に移しおおいお、黒い文字の郚分を、マニング匏(5)匏に代入しお(8)匏を埗たした。なお、(4)匏の敎理の過皋では無次元の実数9.81が出珟したのず異なり、(6),(7)匏でvやRの単䜍をそのたた残したこずの結果だず思うのですが、(8)匏䞭の1.486は無次元にはなりたせんでした。
    䞀方、マニングの粗床係数nに぀いおは、䟋えば、コンクリヌト氎路なら、n=0.015ずか、日本などず同じ察応衚を䜿っおいるらしいのでアメリカでも0.015を䜿うらしいので、䜕も倉換したせんでした。たた、゚ネルギヌ募配iは無次元ですので、やはり倉換したせん。

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    (8)匏 アメリカでのマニング匏

    アメリカの孊生らは(6)匏をマニング匏ずしお孊んでいるらしいのですなんかすごい。



     
     

    oudan_hodo

     
     
    元教員です。プリント講矩しおいた科目の内容をnote甚に再線集しおみようず思いたした。note初心者です。よろしくお願いしたす。

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