%   波  Experiment in Hydraulics

\ehchapter{水面波に関する実験}

\ehsection{実験の概要}

我々が海面や湖面，川面，水たまりなどの水面で目にする波の多くは，重力を復元力とする波（重力波）である．自然界で目にするこれらの水面波は、様々な波長の波が重なり合った複雑な様相を呈する場合が多いが、その理解にはまず単一波長の規則波の性質を理解することが必要不可欠である。本実験では，造波機付きのガラス張り風洞水槽を用いて，規則的な水面波を発生させ，その力学的性質についての計測を行う．そして，この計測結果を微小振幅波理論によって導かれる波の特性と比較し，水面波についての基本的な理解を深める．

\ehsection{実験機器・用意するもの}
風洞水槽，造波機，トレーサー，透明シート，水性ペン，金尺，メジャー，ストップウォッチ，定規（持参），電卓（持参）

\ehsection{実験手順}

\begin{enumerate}
\item 教官・TAによる実験機器の説明を聞き，実験機器の名称，用途，配置，使用法等を学ぶ．
\item 造波機で起こした規則波について，水粒子（トレーサー）の運動を観察し，その軌跡が楕円形となることを確かめる．また，TAが計測した波高$H$と波長$L$を記録する．
\item ガラス面に透明シートを張り付け，水性ペンで水粒子運動の軌跡をトレースする．水面付近(水深$z_0$=0cm)，水底付近(同-50cm)，及び中層付近(同-25cm)付近の3つの水深における水粒子運動を計測する．各深度でトレースした軌跡のうち比較的きれいに描けた楕円を選び，長径$A$と短径$B$を求める．
\item 班全員の結果を集計し，3つの水深における長径$A$と短径$B$の平均値を求める．【{\bf 実験 \theehchapcount -1}】
\item 次に，様々な水深と周期の下で造波機により規則波を起こし，各波の特性について観察する．計測は，水深$h$を$50$cm，$25$cm，造波機の周期$T^\prime$を0.5s，1.0s，1.5sとした合計6ケースについて行う．各ケースについて，1人1回ずつ波高$H$，周期$T$，波長$L$，波速$C$を計測する．水深と波高は金尺，波長はメジャー，周期と波速はストップウォッチを用いて計測する．
\item 半全員の結果を集計し，各ケースの諸量の平均値を求める．【{\bf 実験 \theehchapcount -2}】
\end{enumerate}

\ehsection{実験結果の整理と考察}

\begin{description}
\item[問1] 微小振幅波理論より，規則波下の水粒子運動の軌跡を求める式を導出せよ．
\item[問2] {\bf 実験 \theehchapcount -1}の結果及び{\bf 問1}の式を基にして，表\ref{table11}に示すデータシートを作成せよ．
\item[問3] 表\ref{table11}において水粒子運動の理論値と実験値を比較せよ．また，水深と波長との関係からこの波の水粒子運動の特徴を述べよ．
\item[問4] 微小振幅波理論より，規則波の波速$C$を求める式を導出せよ．
\item[問5] {\bf 実験 \theehchapcount -2}の結果及び{\bf 問4}の式を基にして，表\ref{table12}に示すデータシートを作成せよ．
\item[問6] 横軸を周期$T$，縦軸を波速$C$として，実験値と2つの理論値をプロットしたグラフを，水深$h$=50cmと$h$=25cmの各ケースごとに作成せよ．また，2ケースの実験値のみを同時にプロットしたグラフも作成せよ．
\item[問7] これらのグラフより，波速が水深，周期にどのように関係しているかを考察せよ．
\end{description}

\ehsection{参考資料}

服部昌太郎 著（1987），「海岸工学」，土木系大学講義シリーズ13，コロナ社，p.13〜p.36．

%\vspace{2cm}

\begin{table}[b]
\begin{center}

  \caption{水粒子運動の軌跡}
  \label{table11}
  {\scriptsize
  \begin{tabular}[t]{|c|c|c|c|c|c|}
                                                                                                   \hline
  深さ       & No. & \multicolumn{2}{|c|}{実験値}& \multicolumn{2}{|c|}{理論値} \\ \cline{3-6}
  (cm)       &     & 長径$A$（cm）& 短径$B$（cm）& 長径$A$（cm） & 短径$B$（cm）\\ \hline
  0          & 1   &              &              &  -            & -            \\ \cline{2-6}
             & 2   &              &              &  -            & -            \\ \cline{2-6}
             & 3   &              &              &  -            & -            \\ \cline{2-6}
             & 4   &              &              &  -            & -            \\ \cline{2-6}
             & 5   &              &              &  -            & -            \\ \cline{2-6}
             & 6   &              &              &  -            & -            \\ \cline{2-6}
             & 7   &              &              &  -            & -            \\ \cline{2-6}
             & 8   &              &              &  -            & -            \\ \cline{2-6}
             & 9   &              &              &  -            & -            \\ \cline{2-6}
             &平均 &              &              &               &              \\ \hline \hline
  -25        & 1   &              &              &  -            & -            \\ \cline{2-6}
             & 2   &              &              &  -            & -            \\ \cline{2-6}
             & $\vdots$ &         &              &               &              \\ 
  \end{tabular}
  }

  \vspace{1cm}

  \label{table12}
  \caption{波速の水深，周期依存性}
  {\scriptsize
  \begin{tabular}[t]{|c|c|c|c|c|c|c|c|}
                                                                                                            \hline
  水深    & 造波周期       & No. & 波高$H$ & 周期$T$ & 波長$L$ & $C$(実験値) & $C$(理論値) \\ 
  $h$(cm) & $T^\prime$(s)  &     & (cm)    & (s)     & (m)     & (m/s)       & (m/s)       \\ \hline
   50  & 0.5               & 1   &         &         &         &             & -           \\ \cline{3-8}
       &                   & 2   &         &         &         &             & -           \\ \cline{3-8}
       &                   & 3   &         &         &         &             & -           \\ \cline{3-8}
       &                   & 4   &         &         &         &             & -           \\ \cline{3-8}
       &                   & 5   &         &         &         &             & -           \\ \cline{3-8}
       &                   & 6   &         &         &         &             & -           \\ \cline{3-8}
       &                   & 7   &         &         &         &             & -           \\ \cline{3-8}
       &                   & 8   &         &         &         &             & -           \\ \cline{3-8}
       &                   & 9   &         &         &         &             & -           \\ \cline{3-8}
       &                   &平均 &         &         &         &             &         \\ \hline \hline
   50  & 1.0               & 1   &         &         &         &             & -           \\ \cline{3-8}
       &                   & 2   &         &         &         &             & -           \\ \cline{3-8}
       &              & $\vdots$ &         &         &         &             &             \\ 
  \end{tabular}
  }
 
  \end{center} 
  \end{table}
             

\newpage