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問7：鉛直風速
図のように、地表面から鉛直に重なった高さH、H、2Hの3つの直方体の領域を考える。
各直方体の東側と西側の面では、図に示す西風が各面内で一様に吹いている。
各直方体の南側と北側の面を通過する風はなく、地表面以外の水平面 A、B、Cでは鉛直風が各面内で一様に吹いている。
面Aにおける鉛直風速が上向きを正として0.5m/sであるとき、面Cにおける鉛直風速として正しいものを、下記の①～⑤の中から1つ選べ。
ただし、大気の密度はどこも同じで一定とする。
④ 0.5m/s
足し算と引き算のみで解ける問題です！
問題文より、「大気の密度はどこも同じで一定」とあるので、「箱の中には、決められた数の球しか入らない」イメージでいきます。
入ってくる風を球に置き換えて、１番下の直方体の場合
5m/sで流入する風は、「球が5個入ってくる」
4m/sで流出する風は、「球が4個出ていく」
と考えます。
5個入ってきて4個出ていくので、1個余ります。
余った1個は上方へ移動するので、これが上向きの鉛直風速となります。
5個入ってくるのは、5m/s
4個出ていくのは、4m/s
1個上方へ移動するのは、0.5m/s
気づきましたか？
「1個上方へ移動するのは、0.5m/s」なので、面Aの面積は東西方向の側面の2倍ということがわかります。
同じように計算していくと、中段は
西から5個、下から1個入ってきて、東から3個出ていくので、面Bでは上方へ3個移動します。
一番上の直方体は東西方向の面積が2倍なので
西から8個（4個×2）、下から3個入ってきて、東へ10個（5個×2）出ていくので・・・
面Cでは、上方へ1個移動します。
上方へ1個移動するのは、面Aと同じなので
鉛直風速は 0.5m/s。
よって解答は④！
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