私は高校で物理をとっていなかったのですが大学で物理学の単位を取ろうと思い勉強しているのですが「ベルヌーイの定理から、河口付近の堤防は上流よりも欠壊しやすい理由を述べよ」と言う問題で困っています。物理初心者の私にもわかりやすく説明してください。おねがいします。

物理学 | 生活・身近な話題

いちおうレスしますが

教員

2014年07月25日 12:19

小町でこの質問ですか。大学の物理ならもっと別の場所がありそうですが。ベルヌーイの定理によれば、定常状態の流体において（流速の自乗）／２＋（重力加速度　x　高度）＋（圧力／密度）＝　一定の関係がなりたちます。川の下流では上流にくらべて流速が遅く、高度も低いので、左辺の最初の２項は上流にくらべ小さくなります。しかし、この法則によれば、右辺は上流でも下流でも同じなので、圧力は下流ほど大きくなければなりません（水の密度は上下流で変化しないとします）。したがって、堤防にかかる圧力は下流ほど大きくなり、決壊しやすくなります。

トピ内ID：9338348002

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流れの速い部分の圧力が低くなる

🙂

おっちゃん

2014年07月25日 13:00

ベルヌーイの定理とは「流体中（液体や気体）で流れの速い部分の圧力が低くなる」逆に言うと「流れが遅い部分の圧力は高くなる」ということです。これを川の流れにあてはめると、上流は傾斜が急で流れが速い＝圧力が低いとなり、河口付近だと傾斜が緩く流れが遅い＝圧力が高いとなり、そのため河口付近の堤防は切れやすいということになります。

トピ内ID：8344715105

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トピ主さん、こんにちは

56歳男

2014年07月25日 13:00

こんにちは。ベルヌーイの定理は、 1一様な重力のもとで 2非粘性・非圧縮流体の 3定常な流れの場合速さの二乗の1/2＋圧力/密度＋重力加速度×高さ＝一定と式化されます。「水は、非粘性・非圧縮流体と考えて良い」という事にして、簡単のために、密度が一定としておきましょう。川の流れを想像して下さい。水は高い所から低い所に流れるので、上流は下流に比べ高さが高く、また上流は下流に比べ流れが速いですよね。そうすると、第１項は上流＞下流、第３項も上流＞下流で、合計したものは一定ですから、第２項は上流＜下流でなければならず、圧力は下流の方が高くなるのがわかると思います。この圧力が堤防にかかる訳ですから、圧力が低い上流の堤防は壊れにくく、下流の堤防は決壊しやすい、という事になります。実際の堤防は理論的に受ける力の何倍もの力に耐えられるよう、丈夫に頑丈に造りますから、あくまでも定理を理解する上での問題とご理解ください。未知の領域の事で戸惑いもあるでしょうが、学ぶことは発見の連続でもありますから、これからも知的探求を楽しんでくださいね。

トピ内ID：2258084575

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レスします

ピアニスト

2014年07月25日 14:11

物理学は人に教えてもらう学問ではありません。自分の考えを発展させる学問です。アインシュタインは相対性理論を誰にも教えてもらっていません。自分で考え出したのです。自分で考えなければ物理学を学ぶ意味はありません。今の時代はネットで検索すれば何でも詳しく書いてあります。物理学は知ることではありません。勘違いしないでください。

トピ内ID：6771001799

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ここで訊かずに

🙂

新わをん

2014年07月25日 16:34

図書館へ行くか，どうしても分からないようなら教員に質問しましょう。大学の勉強を一般の掲示板で行うということ自体おかしいです。

トピ内ID：1908562967

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ふーん、そうなんだぁ。逆かと思ってました

シュラクサイ

2014年07月25日 16:34

ベルヌーイの定理の式は、 v1^2/2g + P1/r + Z1 = v2^2/2g + P2/r + Z2 ここで、v1、P1、Z1などの添え”1”は上流、添え字”2”は下流とします。 vは流速、gは重力加速度、Pは圧力、rは比重量、Zは基準面からの高さ（標高）です。左辺が上流、右辺が下流です。上流の方が流れが速いので、v1^2/2g ＞ v2^2/2g 上流の方が標高が高いので、Z1 ＞ Z2 となると自ずと、P1/r ＜ P2/r になりますね。 rの比重量とは、地球上での単位体積当たりの重量で、密度と同じようなもんで水の場合、上流下流で大差はないでしょう。つまり、P1 ＜ P2となり、下流の方が堤防にかかる水圧が高いという結論ですね。大雨の時の土石流の感覚から、てっきり上流の方が決壊しやすいと思っていました。勉強になりました。

トピ内ID：5257157815

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考えなくても分かるでしょ

🐧

灯台教員

2014年07月25日 16:34

素人的に考えて、圧力が大きければ決壊し易いでしょ。この問題のどこが難しいかが分かりません。

トピ内ID：0558920189

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本で調べる・友人に聞く・先生に聞く

アラフィフおやじ

2014年07月25日 17:19

　大学なんでしょう。サイトに頼ったらいけません。それが学生の本分です。　まずは、本で調べましょう。図書館に2行きましょう。まあ、いきなり流力も凄いけど。（司書に本を問うのは良しとしましょう）　次に友人に聞きましょう。己の解っている所を話して。　最後に先生（色々立ち位置があるから、先生）に聞くのです。　この手順を踏むことにより人間が大きくなります。問題解決能力があがります。

トピ内ID：6560580861

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大学入試問題です

なつめ

2014年07月25日 17:19

理学部物理学科を出たものです。簡単に説明します。ベルヌーイの定理は、水などの非圧縮性流体のひとつながりの流れにおいて、 1/2ρ（密度）×v（流速）×v（流速） + P(圧力)　＝一定、というものです。河口では川幅が広がるので、流速は低下します。上式でv（流速）が小さくなると、第１項の減り分を補う形でP(圧力)が上昇します。側方への圧力も上流に比べて上昇するので堤防が壊れやすくなる、というわけです。

トピ内ID：2868782986

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なんだそりゃ

😉

ロード

2014年07月25日 17:19

一体どんな前提の話なんだそれは？・上流と下流で流量が同じならば、川幅が狭い上流の方が早く流れる・流れが速ければ堤防への圧力が低い（これがベルヌーイの定理）・圧力が低いんだから、堤防は決壊しにくいという現実無視の理論でしょうか？実際には川の決壊の理屈にベルヌーイの定理は殆ど関係ありません。

トピ内ID：4185253717

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低レベルです

😉

アンジェリーナ

2014年07月25日 18:41

河口は広がっているとか、海水の逆流とか・・・。分かりもしないのに、レスしてごめんなさい。頑張っていう応援です。退散！！

トピ内ID：6821843467

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宿題は、自分でやろうね～

💍

ピンク・サファイア

2014年07月25日 18:41

ベルヌーイの定理。圧力とか位置エネルギー項とかのあれですね～今までの講義の中で、説明してくれたのでは？テキストやノートを見直して、自分で考えてください。

トピ内ID：7025655774

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自分で考えましょう

翌檜

2014年07月25日 23:58

まずは、「ベルヌーイの定理」の意味を、自分で調べましょう。そして、「河口付近の堤防は上流よりも欠壊しやすい」のがなぜか、自分で考えましょう。せっかく、＞物理学の単位を取ろうと思いたのでしたら、自分で考えないのは、損です。

トピ内ID：3631868377

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生兵法は・・

びっくり

2014年07月26日 15:33

ベルヌーイの定理で、流れが遅いところは圧力が高いから、河口付近は圧力が高いとおっしゃる方が多くて、ちょっとびっくりです。それは、例えば管内の流れや物体回りの流れで、運動エネルギーと流動仕事（押し込み仕事）がバランスしているときの話です。（この意味がわからない人は、ベルヌーイの定理を語る資格がありません。）川の流れは開水路ですよ。ベルヌーイの定理の使い方を完全に間違えています。開水路の流れですから、流れが速かろうと遅かろうと、水面では圧力が大気圧（ゲージでゼロ）になります。水深が深ければ圧力が高いし浅ければ低いだけのことです。河口では遅いから圧力が高いなんて、そんなバカな。トピ主さんの疑問の答えは、私にはわかりません。ベルヌーイの定理は、関係ないと思います。

トピ内ID：0150443156

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ダメ問題

3流教員

2014年07月26日 17:50

すでに同様な回答がありますが・・・堤防の決壊をベルヌーイの定理で説明すること自体，現実離れした設定です。出題者が意図したであろう『模範解答』はすでにレスの中にありますが，間違った解答もあるので注意してください。速度項＋圧力項＋高さの項＝一定ですが，第3項目に上流と下流の標高差を入れてはいけません。そもそもベルヌーイの定理は運動エネルギー保存則ですから，単純に河川に当てはめると，上流→下流に下って位置エネルギーを失った分だけ運動エネルギーが増加すなわち流速が増加しなければならないのですが，実際の川では，下流の方が流速が遅いですよね。実際の河川では，川幅が広がる効果と川底などによる摩擦によってエネルギーを失うからです。河川工事でコンクリート護岸にしたら鉄砲水の被害が増えたというのは，摩擦が減って，下流では凄い勢いの水流になるからです。レポートでこういう問題が出たとしたら，・ベルヌーイの定理が仮定している条件が実際の河川に当てはめてもよいのかどうかを議論する。・堤防が決壊する原因を議論するこの二つで十分だと思います。

トピ内ID：5385212431

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あえて書きますが

今回も匿名にて

2014年07月26日 17:50

＞物理初心者の私にもわかりやすく説明してください。初心者にも幅があります。運動方程式も知らないのか、流体力学に関する講義を聞いた上での話なのかで、どのように「わかりやすく」説明するかもかわると思います。個人的には、「初心者」だから「わかりやすく」と求めるのは、教えを乞う側に配慮を求めている傲慢な物言いだと思います。ちなみに、お尋ねの内容はレポート課題ですか？　それとも自習材料でしょうか。後者なら肯定できるのですが、自分で勉強しようという人が前者の助けを求めたのならば、自力での単位取得を放棄したのも同然じゃないでしょうか。

トピ内ID：2875506919

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取りやすいものを選択すればよい

かんぱ

2014年07月26日 19:29

物理というか、そもそも学問が苦手な人は、定理とか法則といった言葉に飲み込まれてしまい理解が及ばなくなります。そういった人たちに噛み砕いて説明すると「あなたはアタマが良いから直観的に理解できるのだ」と言われます。しかし、物理学とは自然現象を数式に置き換える学問です。自然現象を見て状況を捉えられない人に世の中のことはわかりません。机上でわからないのであれば、まずは河を見に行ってください。上流と下流との水の流れをとりあえず風景としてでもいいから観察してください。流体の速さとか、非粘性とか、そういった言葉はすべて捨て去って、まずは河がどんな様子なのかを見て感じてください。河を見ても、水の流れを見ても、なにも感じない人は、物理学を学んでも得るものはありません。単位を取るための学問なら、取りやすいものを選択すればよいのです。

トピ内ID：9838443024

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この質問は間違ってるかも

物理好き

2014年07月27日 16:30

皆さんベルヌイ定義で良く説明されてますが、河口付近で堤防が壊れやすいのは単なるベルヌイ定義では無く、多くの支流から集まってきた水量による水圧の上昇だと思うのですが。この質問は「ベルヌーイの定理から、河口付近の堤防は上流よりも欠壊しやすい理由を述べよ」じゃなくて「ベルヌーイの定理から、川幅広い堤防は狭い川の堤防よりも欠壊しやすい理由を述べよ」だとすべきだと思いますが、でもそうしたら答えを招いているような質問で、テストにはならない。皆さんどうですか？

トピ内ID：3321862099

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引っかけ問題

🐶

kazz

2014年07月27日 16:30

ベルヌ－イの定理と、堤防の決壊は関係ないです。ただ単に、水量と堤防強度設定のバランスだけの問題です。所謂『引っかけ問題』です。学生達に、ベルヌ－イの定理（概念）を理解してもらう為に、答えのない問題をだしているにすぎません。回答用紙かレポ－トには、『ベルヌ－イの定理と堤防の決壊は無関係』と一行書いたら、合格です。『Ｅ＝ｍＣ２乗』と『台風の進路予測』の関連性を述べよ。。。と同じです。

トピ内ID：2679447744

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いろいろ間違っています

ガーデニア

2014年07月27日 19:25

ここで得た情報を適当にまとめて回答しても勉強にはなりませんよ。そんなやり方でトピ主さんはいったいどこで頭を使うんですか。そもそもここで得た解説が正しいかどうか判断できますか? インターネットを利用すること自体は否定しません。でも掲示板で「この問題の答えを解説してください(丸投げ)」なんていうのは学問をする姿勢ではありません。トピ主さんは将来物理学で食べていくつもりではないでしょう? だったらなおのこと、自分の頭で考えるプロセスを飛ばしては意味がないのです。言ってることわかりますか? # 設問自体に疑問を持つのだってありなんですけどね。

トピ内ID：3624364462

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補足

なつめ

2014年07月27日 23:58

どうせ頭の中だけで考えた問題でしょうから現実に河口側の堤防が決壊しやすいかどうかは別問題として・・・河口で流速が遅くなるのは、主として川幅が拡がるからです。ただ、流速低下に伴う圧力の増加分に見合って、水深も上流に比較して増加しているはずです。結果的に、河面では「びっくり」さんの言うとおり大気圧相当ですが、河面から河底まで積分した「平均側圧」は、上流に比べ河口側で高くなるはずです。

トピ内ID：1112406861

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２度目レスです。なるほど

シュラクサイ

2014年07月28日 12:59

圧力が高いという回答は無知蒙昧でした。取り消します。どうしてもベルヌーイの定理を使えというのなら、開水路の式に置き換えるしかないと思いました。現実の損失エネルギー分を下流側に追加すると、上下関係が確定しませんので無視します。川底との摩擦、蛇行時や堰との衝突ロス、取水、蒸発、降雨による増水等々は無し。 u^2/(2g) + h + z = const. または Q^2/(2・B^2・h^2・g) + h + z = const. uは流速、gは重力加速度、hは水深、zは鉛直方向位置、Qは流量、Bは川幅出題文が、「ベルヌーイの定理から、河口付近の堤防は上流よりも欠壊しやすい理由を述べよ」という一行だけなら、上流と河口付近の差が明示されていないので回答不可です。本当にこんなたった一行の問題文ですか？それでもあえて言えば、「何も起こらない」あるいは「常に水が溢れている」です。この２つは言い方を変えただけで同義です。「決壊」とは何の関係もありません。最初はおバカな回答をしてしまいましたが、今や考えれば考えるほど「何でベルヌーイ？」

トピ内ID：5257157815

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物理学

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