まえがき
水や空気のように，すきまなく空間を占めて存在し，決まった形をもたず， 力を加えると容易に変形するものが流体である．流体力学は流体の運動につい ての学問であり，私達の日常にある身近なものから，地球規模，あるいは宇宙 の規模のものまで，様々なスケールの流れや波や渦の研究に用いられている． 流体力学はまた，流体そのものの運動のほかにも，流体中の物体に作用する力 や挙動についての研究にも用いられる．そのような理由で，流体力学に興味を 持ち，勉強したいという方も多いであろう．しかし，先に述べたように流体力 学が関連する分野は非常に多いので「いったいどこから勉強したらよいのや ら」と惑う方もいると思う．本書は，そのような，これから流体力学を学ぼう という方に向けて書いた． 本書の内容と問題の構成は，東北大学理学部で開講している流体力学演習 という科目に基づいている．これは物理系の大学2年生を対象とした科目で， 90分× 15回で，粘性流体のナビエ・ストークスの式が出てくるあたりまでを 教える．演習の目的は，受講した学生がこの先どのような分野に進むにせよ 必要となる基礎的な事柄を学ぶことである．そしてこれは，本書の目的でもあ る． 物理系の大学2年生を対象とした科目に基づくという背景から，本書の読 者としては，理系の大学1, 2年生レベルの力学と数学の知識を習得している 方を想定している．力学については，ニュートンの運動の法則を知っていれ ば，とりあえずは十分である．数学については，多変数関数やベクトル関数， 複素関数，微分方程式，行列等に関する知識が必要である．大学1, 2年生レ ベルだと，こうした数学的知識が十分に定着しておらず，数学のハードルはや や高いかもしれない．流体力学は，数学の勉強も一緒にできる「一粒で二度お いしい学問である」と思って，頑張りましょう． 本書に含まれる問題，特に，発展問題はそれなりに骨がある．大学2年生 を対象にこれまで流体力学演習を担当してきた経験から言えば，本書の問題を すらすら解ける人は非常に優秀であると思う．言い方を変えると，大学2年 フロー式 物理演習シリーズ 【15】巻 流体力学―「流れ」を方程式で表すとは― 須藤 彰三・岡 真監修・境田 太樹著 https://www.kyoritsu-pub.co.jp/bookdetail/9784320035140iv まえがき 生のレベルでは物理系の学生であっても苦労するということである．だから， 問題が解けなくても落胆する必要はない．できないことをできるようにする ために授業や演習があり，教科書があり，参考書があり，演習書があるのだか ら．本書の説明不足を補うために付録を用意している．付録は共立出版ホーム ページ（https://www.kyoritsu-pub.co.jp/bookdetail/9784320035140）にて ダウンロードできるので，活用していただけると幸いである． 筆者自身の過去を省みるに，演習というと，導いた答えが正解か不正解かと いうところにのみ関心があった．そうして，不正解だと「わからない．もうい い」と投げ出し，たまたま正解するとなんとなくわかった気になって，そこで 思考が停止していた．今さらだが，若い時を無駄にしたと思う．複雑な流体の 運動が比較的簡単な数式で表されるということに感動する感受性がほしかっ た．紙と鉛筆で解けるところまで問題を単純化した先人の深い洞察力に気付く センスがほしかった．そのためには，正解・不正解のレベルで留まらず，さら に一歩，より深く考えることをしなければならなかった．読者の方には，情け ない筆者の轍を踏まず，流体力学にじっくり取り組み，そして，とにかく楽し んでほしい．この演習書が次に続く勉強のためのよき始まりの書とならんこと を切に願う． 最後に，本シリーズの監修の先生方と編集者の方々には，原稿が遅れに遅れ たことお詫びする．そして，出版まで辛抱強くお付き合いいただいたことに感 謝する．また，この演習書に収録している問題の多くは，歴代の東北大学・理 学部の流体力学・流体力学演習を担当された先生方から引き継いだものであ る．このことをお断りするとともに，先任の方々に謝意を表する．それから， 9章と10章のいくつかの図を描くのにはGeneric Mapping Tools (GMT)を 使った．ここに記してお礼を申し上げる．
2020年1月 境田太樹
フロー式 物理演習シリーズ 【15】巻 流体力学―「流れ」を方程式で表すとは― 須藤 彰三・岡 真監修・境田 太樹著
