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技術士第一次試験(機械部門)【専門 平成28年度 問題33】

こんにちは。

機械系エンジニアのメカエン@技術士(機械部門)です。

今回のテーマはこちらです。

技術士第一次試験(機械部門)
【専門 平成28年度 問題33】

なお問題の難易度については次のように考えています。とても個人的な意見ですので、あくまでご参考ということでご容赦願います^^

★☆☆☆☆ 【易】  5分以内で確実に正解したい!
★★☆☆☆ 【やや易】5分を超えるかも知れないが確実に正解したい!
★★★☆☆ 【標準】 50%以上の正答率にはなんとか正解したい!
★★★★☆ 【やや難】少し応用的な知識が必要!難しい!
★★★★★ 【難】  できなくてもしょうがない!とっても難しい!

平成28年度 問題33

下図に示すように、断面積A=0.04m^2の流路に密度ρ=1000kg/m^3の水が流れている状態を考える。入り口部Ⓐでは、流速V_s=0.4[m/s]の流れの中に、断面積A_J=0.01[m^2]のノズルから流速V_J=2[m/s]で水が吐き出されている。下流部Ⓑでは、水は一様な流速で流れているとする。入り口部Ⓐ、下流部Ⓑの断面では、圧力は一定であるとする。このとき、入り口部Ⓐの圧力p_Aと下流部Ⓑの圧力p_Bとの差、p_A-p_Bに最も近い値はどれか。粘性による圧力損失の影響は無視して答えよ。

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正答は④でした。

それでは解説です。

連続の式より、

A_JV_J+(A-A_J)V_S=AV_B

→ 0.01×2+(0.04-0.01)×0.4=0.04×V_B

∴ V_B=0.8 

運動量の法則より、

p_AA+ρA_JV^2_J+ρ(A-A_J)V^2_S=p_BA+ρAV^2_B

→ 0.04p_A+10^3×0.01×2^2+10^3×0.03×0.4^2=0.04p_B+10^3×0.04×0.8^2

∴ p_A-p_B=-480N/m^2

 

《難易度》★★★★★

《感想》この問題は試験勉強をしている中で最も印象に残っている問題の一つでした。連続の式を用いるのは分かったのですが、運動量の法則を用いるべきことに気づくのにだいぶんと時間がかかりました。ジェットエンジンの推進力の問題と同じですね。おそらく2,3か月分からなかったと記憶しています。★5つです。

 

それでは今回も最後までありがとうございました^^