We have developed teaching materials to directly measure the buoyant force of a body, using an equal-arm balance. First, to cancel the gravity effect, we made the arm of balance horizontal by attaching the body and an appropriate weight of clay at each end of the arm in the air. After this, we immersed the body in water. The body, being exposed to buoyancy only, floated. Next, we made the arm of balance horizontal again by pushing down the body-side arm with an electric balance. Thus, the display of the electric balance has been arranged so as to stand for the buoyant force of the body. We implemented a class practice at a public lower secondary school with these teaching materials for encouraging students to understand that the buoyant force of the body depends on the volume and is independent of its position, shape, and mass. The results are as follows: Students’ understanding for the contents of buoyancy treated in the practice improved. Furthermore, improvement of students’ understanding is also useful for buoyancy problems which are concerned with moving bodies and with boards in different situations of position and direction, which were not treated in the practice.

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This paper describes the concept of the buoyancy-control type ballast-free ship proposed by Yokohama National University and the result of various studies carried out to examine its performance. In this study, we carried out model experiments in a water circulating channel to measure the ability of the system to exchange seawater in the buoyancy control tanks. We also confirmed by numerical analysis that the increase of the ship resistance by the appendage, i.e., intake and exit vents, is less than 1 percent of the total ship resistance. One of the aims of this concept is to alter existing ships to ballast-free ones by leaving the structures of the existing ships almost as they are, i.e., ballast tanks of conventional ships are to be used as buoyancy control tanks necessary for the proposed system with slight modifications. In order to realize retrofitting of conventional ships to ballast-free ships easily, we propose a simple method by inserting intake and exit units into the space between longitudinal stiffeners on the ship bottom.Furthermore, structural analysis by using a finite element method was performed and we confirmed that no serious problem occurs by the buoyancy control operation. The proposed ballast-free ship concept is a favorable option to solve the ship's ballast water problem.

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本研究は，生徒・学生が「

」の概念をどのように理解しているのか，「」の認識が学習により変容するのかあるいはしないのか，それらの実態を調査した結果と考察である。「」の内容の中でも，とりわけ「水中の物体に動くの大小と物体の属性（体積，形状，低面積）および物体の水中での状態（高低，深浅，向き）の関係」の認識について調査した。さらに，教科書による「」の学習が学習者の概念形成にどのような影響を及ぼしているのか，についても検討した。調査の結果として以下の四点があげられる。(1) 物体が深いところにあるほど「」は大きいとする誤った考えを持つ場合が多い。(2) 物体に働く「」の大きさについては，物体の形より物体の深さ，高さ，底面積により影響される。(3) 質問の仕方により解答が大きく異なることが多く，生徒・学生の「」の考え方は．学習により必ずしも確立してはいないと考えられる。(4) 「」の大きさと物体にかかる「圧力（水圧）」の関係が正しく理解されていないことが多い。それには，教科書の内容構成も関わっている。これらの四点をふまえ，適切な「」概念の形成のためには．教科書の内容構成や記述において，教科書に学習者を合わせるのではなく．学習者に教科書を合わせることがこれまで以上に必要とされていることを論述した。

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分水装置をパイプシステムに用いる場合, 空気を混入せず定量の分水を保証し, かつ下流の水利用に応じて自動的に開始・停止するような機能を持つことが必要である。を用いた潜りオリフィス型自動定量分水装置は, 上記目的のために開発したものであるが, ここではとくに, 分水管吐出口の水理諸係数に新しく得られた実験式を組入れ, 自動定量分水装置の水理特性の解析を行い, かつ本装置の現地試験による有用性を示した。その結果, 長方形越流堰とフロートを用いたものに比し, 潜りオリフィスとフロートを用いた自動定量分水装置は, さらに分水精度を改善しうることを明らかにした。

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This paper presents the comparisons between the field experimental results of fire in a high-rise building with a void space and the computational results by a standard high-Reynolds number k-ε model. In conclusion, the computational air flows and temperatures in the void space are locally higher than the experimental results because the computational results by the k-ε model with Boussinesq approximation overestimate the highly-buoyancy flows. However the inflow rate into the space and the averaged temperature in the space agree with the measurements relatively.

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これまで、「

」の概念についての調査はいくつかなされている。本稿では、中学生と大学生が「水中で物体にがはたらくこと」と「空気中で物体にがはたらくこと」について、どのような理解をしているのか、その実態を調査した。あわせて、学習したことのない「空気中で物体にがはたらくこと」という内容を含む問題に対して、どのような回答をするのかを探ってみた。また、新しく学習した内容が必ずしも適切な見方や考え方を育成することにだけつながるのではないという指摘がなされているが、この点についても調査した。さらに、メタ認知能力を育成するための手がかりを得るために、目の前で実際に実験を見せたり、説明を聞かせたりした後で、中学生と大学生の考え方がどのような影響をうけるのかを調査した。また、考え方を変容させるためには、認知的葛藤場面の提示はどうあるべきかについても考えてみた。その結果、次の6点が明らかになった。1.学習内容の転移不可能性2.考え方を変容させるために認知的葛藤場面のみを導入することの不適切性3.学習内容に対する適切な説明の必要性4.学習者の知識や概念がどのような関係にあるのかを明らかにすることの重要性5.類似した学習内容を豊富に体験することの重要性6.実験内容を具体化する教具開発の必要性

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海洋、大気、陸水域など地球上の流れの大部分は密度成層乱流であり、異なる流体相間に (密度) 差を伴う混相乱流である。流れは「層」と同時に「相」を成している。多くは温度や塩分濃度差に起因する「液-液」あるいは「気-気」混相流であるが、気温と湿度からなる大気成層流・海洋の砕波・水面での気体交換過程などの「気-液」混相流や、濁度-水温などの「固-液」混相流のように異相の流体成分からなる混相流も存在する。後者では、効果に加えて異相間の相互作用が重要となるが、本文ではが支配的な前者の場合に限定して、主にと乱流輸送力の比をあらわす成層パラメーター: リチャードソン数、密度フルード数、について解説する。

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0.001gまで測定できる電子天秤を使うと,わずか10mLの気体の体積変化によるが測定できる。この電子天秤で空気からのを測定するいくつかの実験を行い,とアルキメデスの原理を興味深く学ぶことができる教材を開発した。またを利用すると,気体の分子量をとても簡単な実験で求めることができる。この方法は気体の体積を測定する必要がないので実施が用意である。

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Measurement of turbulent flow properties on natural convection in a model fire room was conducted using a Laser Doppler Velocimeter (LDV) and a fine thermocouple of 12μm diameter. The purpose of the experiment is to obtain data for validating the numerical simulation of a turbulent flow field where significant density variation caused by a large temperature variation is expected. This experiment quantitatively clarifies the turbulence characteristics of velocity and temperature which have hardly been measured by previous studies related to this problem. The results of this experiment provide valuable data for verifying 3-D numerical simulations with density variation. In this report, the experimental results on turbulence quantities are described.

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To cope with the problems in the marine ecosystem caused by the ballast water from ships, the IMO adopted the International Convention for the Control and Management of Ships' Ballast Water and Sediments in 2004. In response to this legislation, ballast water treatment systems are being developed worldwide. The ballast-free ship concept proposed by Yokohama National University is aimed at solving this ballast water problem from a completely different standpoint. In the proposed system, seawater continuously passes through the buoyancy control tank to keep the contents of the water inside the tank the same as that outside the ship. A series of studies on this new concept has been carried out by the authors, including the analysis of seawater circulating performance inside the buoyancy control tanks, an examination of the increase in resistance caused by adding small appendages such as intake and exit gates on the ship bottom, a study of structural integrity of the system, and related work. In the present study, we used a scale model of an actual double bottom tank and carried out an experiment to examine the water exchange performance of the proposed system on the open sea. In the model experiment, the water inside the tank was set as fresh water initially, and as time passed, the water inside the tank changed to the seawater outside the tank. The water locality ratio inside the tank was evaluated based on the salinity change of the water inside the tank and the change of the numbers of phytoplankton cells inside the tank. Numerical results and experimental results were compared to examine the performance of the proposed ballast-free system.

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自動定量分水装置において, フロートと連結したストップ板と, 分水管吐出部下端との間に存在する開度は, 自動制御の動作中常に増減を繰返している。分水管の流量係数は, 本装置自動制御の精度を決定する最も重要な要素であるため, 水理実験による詳しい研究を行った。その結果, 上記流量係数およびストップ板に作用する動水圧分布について, 具体的な実験公式を誘導することができた。この結果は, 本分水装置の設計に反映しうる。
今後, 水管理の改善は, 農業水利事業の中心的役割を演じると思われるが, とくに長大管水路の分水管理装置の改善に対して, 本研究成果は大きな貢献をするものと考える。

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現行の中学校学習指導要領では,に関する学習は第1学年で取り扱うことになっている。一方,現在の大学生が中学生時代に使用していた教科書は,旧学習指導要領準拠であったため,に関する学習は発展的内容として限定的に取り扱っていた。本研究では,このような世代の大学生を対象に,に関する認識の実態を明らかにするために概念調査を実施した。その結果,高等学校において物理Iを履修していた学生が約9割の集団においても,「」の意味を適切に説明できた学生は約5割,「船が浮かぶ理由」を適切に説明できた学生は約2割であった.これらの結果より,理系の大学生においても,公式やキーワードを断片的に暗記しているのみであり,が関連する現象を適切に説明することに課題がある学生が多いことが明らかとなった.

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When we analyze non-isothermal turbulent flowfield, we have both cases of stable and unstable. The modified new k-ε model (MKCO k-ε) which can reproduce both damping and accelerating vertical turbulence flux by buoyancy has been devised. A 2-D simulation is conducted for non-isothermal room airflow using the modified model. The results are compared with those of the model experiment and those based on other k-ε models. The present model predicts it better than the existing models.

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