流体静力学
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流体静力学は流体力学の一分野であり、静水圧平衡状態にある流体[ 1 ]および「流体内の圧力、または流体が物体に及ぼす圧力」を研究する。 [ 2 ]「流体静力学」という言葉は、水やその他の液体を指すこともあるが、多くの場合、圧縮性・非圧縮性を問わず、気体と液体の両方を含む。流体静力学は、流体が安定平衡状態にある静止状態にある条件の研究を包含する。流体静力学は、流体の運動を研究する 流体力学とは対比される。
流体静力学は、流体を貯蔵、輸送、使用するための機器工学である水力学の基礎です。また、地球物理学や天体物理学（例えば、プレートテクトニクスや地球の重力場の異常の理解）、気象学、医学（血圧の観点）、その他多くの分野にも関連しています。
流体静力学は、気圧が高度によって変化する理由、木材や油が水に浮く理由、静止した水の表面が地球の曲率に従って常に水平である理由など、日常生活の多くの現象に物理的な説明を与えます。
歴史
流体静力学の原理のいくつかは、古代から船、貯水槽、水道橋、噴水の建設者たちによって経験的かつ直感的に知られていました。 アルキメデスは、流体中に沈んだ物体にかかる浮力と、物体が押しのけた流体の重量を関連付けるアルキメデスの原理を発見したとされています。ローマの技術者ウィトルウィウスは、鉛管が静水圧で破裂する危険性について読者に警告しました。 [ 3 ]
圧力の概念とそれが流体によって伝達される方法は、 1647 年にフランスの数学者であり哲学者であるブレーズ・パスカルによって定式化されました。
古代ギリシャとローマにおける流体静力学
ピタゴラスカップ
紀元前6世紀頃に遡る 「フェアカップ」、あるいはピタゴラスカップは、ギリシャの数学者であり幾何学者でもあったピタゴラスによって発明されたとされる水力技術です。学習用具として用いられました。
カップは、カップの内側に刻まれた線と、カップの中央から底まで垂直に伸びる細いパイプで構成されています。このパイプの高さは、カップの内側に刻まれた線と同じです。カップは線まで液体を満たしても、中央のパイプに液体が流れ込むことはありません。しかし、液体の量がこの線を超えると、液体はカップの中央のパイプに溢れ出します。分子同士が引き起こす抗力により、カップは空になります。
ヘロンの噴水
ヘロンの噴水は、アレクサンドリアのヘロンによって発明された装置で、液体の貯留槽から液体の噴流が供給される仕組みです。噴流の高さが貯留槽内の液体の高さを超えるように設計されており、静水圧の原理に反しているように見えます。この装置は開口部と上下に配置された2つの容器で構成されていました。密閉された中間容器には液体が満たされ、複数のカニューレ（容器間で液体を移動させるための細い管）が各容器に接続されていました。容器内に閉じ込められた空気がノズルから水の噴流を誘導し、中間貯留槽の水をすべて排出します。
パスカルの流体静力学への貢献
パスカルは流体静力学と流体力学の両方の発展に貢献しました。パスカルの法則は流体力学の基本原理であり、流体の表面に加えられた圧力は、初期の圧力変化が変化することなく、流体全体に均一に伝達されるというものです。
液体（自由表面を持つ流体）
液体は、気体や真空と接触する自由表面を持つことがあります。一般的に、せん断応力に耐えられないため、自由表面は急速に平衡状態へと調整されます。しかし、小さな長さスケールでは、表面張力による重要なバランス力が働きます。
毛細管現象
液体が、関連する長さスケールに比べて小さな容器内に閉じ込められると、表面張力の効果が重要になり、毛細管現象によってメニスカスが形成されます。この毛細管現象は、植物道管における水の流れを駆動する2つのメカニズムの一つである蒸散作用の一部であるため、生物系に大きな影響を与えます。
ハンギングドロップ
表面張力がなければ、液滴は形成されません。液滴の大きさと安定性は表面張力によって決まります。液滴の表面張力は、流体の凝集力に正比例します。
参照
- 連通容器 – 均質な流体を含む内部で接続された容器のセット
- D-DIA – 高圧・高温変形実験に使用される装置
- 静水圧 – 物理量
- 水圧試験 – 圧力容器の非破壊検査
- 三軸せん断試験 – 各垂直方向に異なるレベルの応力を加えた応力試験
参考文献
- ^ 「流体力学/流体静力学/流体静力学の基礎 - Wikibooks、オープンワールドのためのオープンブック」 . en.wikibooks.org . 2021年4月1日閲覧。
- ^ 「Hydrostatics」メリアム・ウェブスター。 2018年9月11日閲覧。
- ^マルクス・ウィトルウィウス・ポリオ（紀元前15年頃）『建築十書』第8巻第6章。シカゴ大学ペネロペ・サイト所蔵。2013年2月25日アクセス。
さらに読む
- バチェラー、ジョージ・K. (1967).流体力学入門. ケンブリッジ大学出版局. ISBN 0-521-66396-2。
- ファルコビッチ、グレゴリー（2011年）『流体力学（物理学者のための短期コース）』ケンブリッジ大学出版局、ISBN 978-1-107-00575-4。
- クンドゥ, ピジュシュ・K.; コーエン, アイラ・M. (2008).流体力学（第4版）. アカデミック・プレス. ISBN 978-0-12-373735-9。
- カリー、IG（1974）『流体の基礎力学』マグロウヒル社、ISBN 0-07-015000-1。
- Massey, B.; Ward-Smith, J. (2005).流体力学（第8版）. Taylor & Francis. ISBN 978-0-415-36206-1。
- ホワイト、フランク・M. (2003).流体力学. マグロウヒル. ISBN 0-07-240217-2。
外部リンク
