出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/07/17 20:43 UTC 版) 解析力学における運動量保存則 解析力学 によれば、 ネーターの定理 により空間並進の無限小変換に対する 作用積分 の不変性に対応する 保存量 として 運動量 が導かれる。 流体力学における運動量保存則 流体 中の微小要素に運動量保存則を適用することができ、これによって得られる式を 流体力学 における運動量保存則とよぶ。また、特に 非圧縮性流体 の場合は ナビエ-ストークス方程式 と呼ばれ、これは流体の挙動を記述する上で重要な式である。 関連項目 保存則 エネルギー保存の法則 質量保存の法則 角運動量保存の法則 電荷保存則 加速度 出典 ^ R. J. フォーブス, E. 流体力学 運動量保存則. ディクステルホイス, (広重徹ほか訳), "科学と技術の歴史 (1)", みすず書房(1963), pp. 175-176, 194-195. [ 前の解説] 「運動量保存の法則」の続きの解説一覧 1 運動量保存の法則とは 2 運動量保存の法則の概要 3 解析力学における運動量保存則
まず、動圧と静圧についておさらいしましょう。 ベルヌーイの定理によれば、流れに沿った場所(同一流線上)では、 $$ \begin{align} &P + \frac{1}{2} \rho v^2 = const \\\\ &静圧+動圧+位置圧 = 一定 \tag{17} \label{eq:scale-factor-17} \end{align} $$ と言っています。同一流線上とは、流れがあると、前あった位置の流体が動いてその軌跡が流線になりますので、同一流線上にあるとは同じ流体だということです。 この式自体は非圧縮のみで成立します。圧縮性は少し別の式になります。 シンプルに表現すると、静圧とは圧力エネルギーであり、動圧とは運動エネルギーであり、位置圧とは位置エネルギーです。そもそもこの式はエネルギー保存則からきています。 ここで、静圧と動圧の正体は何かについて、考える必要があります。 結論から言うと、静圧とは「流体にかかる実際の圧力」のことです。 動圧とは「流体が動くことによって変換される運動エネルギーを圧力の単位にしたもの」のことです。 同じように、位置圧は「位置エネルギーが圧力の単位になったもの」です。 静圧のみが僕らが圧力と感じるもので、他は違います。 どういうことなのでしょうか? 実際にかかる圧力は静圧です。例えば、流体の速度が速くなると、その分動圧が上がりますので、静圧が減ります。つまり、流速が速くなると圧力が減ります。 また、別の例だと、風によって人は圧力を感じると思います。この時感じている圧力はあくまで静圧です。どういう原理かと言うと、人という障害物があることで摩擦・垂直抗力により、風という流速を持った流体は速度が落ちて、人の場所で0になります。この時、速度分の持っていた動圧が静圧に変換されて、圧力を感じます。 位置圧も、全く同じことです。理解しやすい例として、大気圧をあげてみます。大気圧は、静圧でしょうか?位置圧でしょうか?
ゆえに、本記事ではナビエストークス方程式という用語を使わずに、流体力学の運動量保存則という言い方をしているわけです。
2[MPa]で水が大気中に放水される状態を考えます。 水がノズル内面に囲まれるような検査体積と検査面をとります。検査面の水の流入口を断面①、流出口(放出口=大気圧)を断面②とします。 流量をQ(m 3 /s)とすれば、「連続の式」(本連載コラム「 連続の式とベルヌーイの定理 」の回を参照)より Q= A 1 v 1 = A 2 v 2 したがって v 1 = (A 2 / A 1) v 2 ・・・(11) ノズル出口は大気圧ですので出口圧力p 2 =0となります。 ベルヌーイの式より、 v 1 2 /2+p 1 /ρ= v 2 2 /2 したがって p1=(ρ/2)( v 2 2 – v 1 2) ・・・(12) (11), (12)式よりv 1 を消去してv 2 について解けばv 2 =20. 1[m/s]となります。 ただし、ρ=1000[kg/s](常温水) A 2 =(π/4)(d 2 x10 -3) 2 =1. 33 x10 -4 [m 2 ] A 1 =(π/4)(d 1 x10 -3) 2 =1. 26 x10 -3 [m 2 ] Q= A 2 v 2 =1. 33 x10 -4 x 20. 1=2. 67×10 -3 [m 3 /s](=160リッター毎分) v 1 =Q/A 1 =2. 流体力学の運動量保存則の導出｜宇宙に入ったカマキリ. 67×10 -3 /((π/4) (d1x10 -3) 2 =2. 12 m/s (d 1 =0. 04[m]) (10)式より、ノズルが流出する水から受ける力fは、 f= A 1 p 1 +ρQ(v 1 -v 2)= 1. 26 x10 -3 x0. 2×10 6 +1000×2. 67×10 -3 x(2. 12-20.
フォーブス, E. ディクステルホイス, (広重徹ほか訳), "科学と技術の歴史 (1)", みすず書房(1963), pp. 175-176, 194-195. 関連項目 [ 編集] 保存則 エネルギー保存の法則 質量保存の法則 角運動量保存の法則 電荷保存則 加速度
日本機械学会流体工学部門:楽しい流れの実験教室. 2021年6月22日 閲覧。 ^ a b c d 巽友正『流体力学』培風館、1982年。 ISBN 456302421X 。 ^ Babinsky, Holger (November 2003). "How do wings work? " (PDF). Physics Education 38 (6): 497. doi: 10. 1088/0031-9120/38/6/001. ^ Batchelor, G. K. (1967). An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge University Press. ISBN 0-521-66396-2 Sections 3. 5 and 5. 1 Lamb, H. (1993). Hydrodynamics (6th ed. ). ISBN 978-0-521-45868-9 §17–§29 ランダウ&リフシッツ『流体力学』東京図書、1970年。 ISBN 4489011660 。 ^ 飛行機はなぜ飛ぶかのかまだ分からない?? - NPO法人 知的人材ネットワーク・あいんしゅたいん - 松田卓也 による解説。 Glenn Research Center (2006年3月15日). " Incorrect Lift Theory ". NASA. 2012年4月20日 閲覧。 早川尚男. 流体力学 エネルギー保存則：内部エネルギー輸送方程式の導出｜宇宙に入ったカマキリ. " 飛行機の飛ぶ訳 (流体力学の話in物理学概論) ". 京都大学OCW. 2013年4月8日 閲覧。 " Newton vs Bernoulli ". 2012年4月20日 閲覧。 Ison, David. Bernoulli Or Newton: Who's Right About Lift? Retrieved on 2009-11-26 David Anderson; Scott Eberhardt,. "Understanding Flight, Second Edition" (2 edition (August 12, 2009) ed. )., McGraw-Hill Professional. ISBN 0071626964 日本機械学会『流れの不思議』講談社ブルーバックス、2004年8月20日第一刷発行。 ISBN 4062574527 。 ^ Report on the Coandă Effect and lift, オリジナル の2011年7月14日時点におけるアーカイブ。 Kundu, P. (2011).
Fluid Mechanics Fifth Edition. Academic Press. ISBN 0123821002 関連項目 [ 編集] オイラー方程式 (流体力学) 流線曲率の定理 渦なしの流れ バロトロピック流体 トリチェリの定理 ピトー管 ベンチュリ効果 ラム圧
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