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流体力学:連続の式とベルヌーイの定理による圧力差

技術士第一次試験 基礎科目/解析に関するもの/第13問(全15問)問題データ更新 2026-10-19

013五肢択一数値計算連続の式とベルヌーイの定理による圧力差●●●

水平に置かれた円管の内径が 0.20 m から 0.10 m に絞られている。非圧縮性の理想流体である水(密度 1000 kg/m³)が、太い部分を 2.0 m/s で流れているとき、太い部分と細い部分の圧力差は何 kPa か。

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解答正解 3

連続の式 A₁v₁=A₂v₂ と断面積が直径の 2 乗に比例することから、v₂=v₁(d₁/d₂)²=2.0×4=8.0 m/s となる。水平管ではベルヌーイの式 p₁+ρv₁²/2=p₂+ρv₂²/2 より、圧力差は p₁-p₂=ρ(v₂²-v₁²)/2=30 kPa で、流れが速い細い部分の圧力のほうが低くなる。

選択肢ごとの判定

1細い部分の流速を 4 m/s(直径比をそのまま用い、断面積比にあたる 2 乗を忘れた値)として計算した結果。
2ρ(v₂-v₁)²/2 のように、流速の差を 2 乗した式を用いた結果。ベルヌーイの式では流速の 2 乗の差を用いる。
3正しい。連続の式より v₂=2.0×(0.20/0.10)²=8.0 m/s、ベルヌーイの式より Δp=(1/2)×1000×(8.0²-2.0²)=30000 Pa=30 kPa である。
4細い部分の動圧 (1/2)ρv₂² だけを計算した値。太い部分の動圧 (1/2)ρv₁² を差し引いていない。
51/2 を掛け忘れ、ρ(v₂²-v₁²) とした値。動圧は (1/2)ρv² である。
根拠区分 工学基礎出典 流体力学の基礎(連続の式、ベルヌーイの定理)更新 2026-10-19

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