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圧力

流体圧力編集

流体圧力は、ほとんどの場合、流体内のある時点での圧縮応力です。 （流体という用語は、液体と気体の両方を指します–具体的には液体の圧力についての詳細は、以下のセクションを参照してください。)

水は高圧で水を含んでいる傷つけられた消火栓から高速で脱出します

流体圧力は、次のいずれかの状況で発生します:

  1. “オープンチャネルの流れ”と呼ばれるオープン条件、例えば、海、スイミングプール、または大気。
  2. 水線やガス線など、”閉鎖導管”と呼ばれる閉鎖状態。

開放状態での圧力は、通常、”静的”または非移動状態（波と電流がある海洋でさえ）での圧力として近似することができます。 このような条件は、流体静力学の原理に適合する。 非移動（静的）流体の任意の時点での圧力は、静水圧と呼ばれます。

流体の閉じた物体は、流体が動いていないときは”静的”、流体がパイプのように移動したり、閉じた容器内の空隙を圧縮したりすることができるときは”動的”のいずれかである。 閉じた状態での圧力は、流体力学の原則に準拠しています。

流体圧力の概念は、主にBlaise PascalとDaniel Bernoulliの発見に起因しています。 ベルヌーイの方程式は、流体の任意の点での圧力を決定するために、ほぼすべての状況で使用することができます。 この方程式は、流体が理想的で非圧縮性であるなど、流体についていくつかの仮定を行います。 理想的な流体は、摩擦がなく、非粘性（ゼロ粘度）である流体である。 一定密度の流体で満たされた系のすべての点の方程式は

p⁡+v2 2g+z=c o n s t,{\displaystyle{\frac{p}{\gamma}}+{\frac{v^{2}}{2g}}+z=\mathrm{const}{\displaystyle{\frac{p}{\gamma}}+{\frac{v^{2}}{2g}}+z=\mathrm{const}{\displaystyle{\frac{v^{2}}{2g}}+z=\mathrm{const}{\displaystyle{\frac{} ,}

{\{\frac{p}{\gamma}}+{\frac{v^{2}}{2g}}+z=\mathrm{const}} ,}

どこで:

p,流体の圧力,γ{\displaystyle{\gamma}}

{\ガンマ}

=pg,密度×重力加速度は、流体の（体積-）比重、v,流体の速度、g,重力加速度、z,仰角、p∞{\displaystyle{\frac{p}{\gamma}}{\displaystyle{\frac{p}{\gamma}}{\displaystyle{\frac{p}{\gamma}}}{\displaystyle{\frac{p}{\gamma}}}{\displaystyle{\frac{p}{\gamma}}}}}

{\frac{p}{\gamma}}

,圧力ヘッド,v2 2g{\displaystyle{\frac{v^{2}}{2g}}}

\frac{v^2}{2g}

、速度ヘッド。

ApplicationsEdit

  • 油圧ブレーキ
  • 掘り抜き井戸
  • 血圧
  • 油圧ヘッド
  • 植物細胞の膨隆
  • ピタゴラスカップ

爆発または爆発または爆発

爆発または爆発

爆発または爆発

爆発または爆発

爆発または爆発

爆発または爆発

爆発または爆発爆燃圧力編集

爆発または爆燃圧力は、爆発性のガス、霧、塵/空気懸濁液の点火の結果であり、制限された空間である。

Bundesleistungszentrum Kienbaum、ドイツの低圧室

圧力は、一般に、正であるが、負圧が発生する可能性があるいくつかの状況があります:

  • 相対的な（ゲージの）圧力で対処するとき。 例えば、８ ０ｋＰａの絶対圧は、−２ １ｋＰａ（すなわち、１ ０ １ｋＰａの大気圧より２ １ｋＰａ下）のゲージ圧として記述され得る。 例えば、腹部減圧は、妊娠中の女性の腹部に間欠的に負のゲージ圧が適用される産科処置である。
  • 負の絶対圧が可能です。 それらは効果的に張力であり、バルク固体およびバルク液体は両方それらの引っ張ることによって否定的な絶対圧の下に置くことができます。 微視的には、固体および液体中の分子は、熱運動エネルギーを圧倒する魅力的な相互作用を有するので、いくらかの張力を持続させることができる。 しかし、熱力学的には、負圧下のバルク材料は準安定状態にあり、負圧状態が過熱に類似しており、キャビテーションの影響を受けやすい液体の場合には特に脆弱である。 ある特定の状態では、キャビテーションは避けることができ、否定的な圧力は無期限に支えられて、例えば、液体の水銀はきれいなガラス容器の-425気圧まで 負の液体圧力は、10メートル（水の大気圧ヘッド）よりも高い植物の樹液の上昇に関与していると考えられています。
  • カシミール効果は真空エネルギーとの相互作用により小さな引力を生じることがあり、この力は”真空圧力”（真空の負のゲージ圧と混同しないように）と呼ばれることがある。
  • 剛体における非等方性応力については、表面の向きがどのように選択されるかに応じて、同じ力分布が一方の表面法線に沿って正圧の成分を持ち、別の表面法線に沿って負圧の成分を作用させることがある。
    • 電磁場における応力は一般に非等方性であり、一方の表面要素に垂直な圧力（法線応力）は負であり、これに垂直な表面要素については正である。
  • 宇宙論では、ダークエネルギーは非常に小さくても宇宙的にかなりの量の負圧を作り出し、宇宙の膨張を加速させます。

停滞圧力編集

停滞圧力は、流体が強制的に移動を停止させたときに発揮される圧力です。 その結果、より高い速度で移動する流体はより低い静圧を有するが、停止するように強制されたときにはより高い停滞圧力を有することができる。 静圧およびよどみ圧力は関連しています:

p0=1 2≤v2+p{\displaystyle p_{0}={\frac{1}{2}}\rho v^{2}+p}

p_{0}=\frac{1}{2}\rho v^2+p

ここで、

p0{\displaystyle p_{0}={\frac{1}{2}}\rho v^{2}+p}

p_{0}=\frac{1}{2}\rho v^2+p

ここで、

p0{\displaystyle p_{0}=\frac{1}{2}\rho v^2+p{0}}

p_{0}

は停滞圧力、ρ{\displaystyle\rho}

\rho

は密度、v{\displaystyle v}

v

は流速p{\displaystyle p}である。}

p

は静圧である。

動く流体の圧力は、ピトー管、またはキールプローブやコブラプローブなどのバリエーションのいずれかをマノメーターに接続して測定することができます。 入口の穴が調査でどこにあるかによって、それは静圧か停滞圧力を測定できる。

表面圧力と表面張力編集

圧力の二次元アナログがあります-力に垂直な線に加えられる単位長さあたりの横方向の力。

表面圧力はρで表されます：

ρ=F l{\displaystyle\pi={\frac{F}{l}}{\frac{F}{l}}{\frac{F}{l}}{\frac{F}{l}}{\frac{F}{l}}}}}

\pi=\frac{F}{l}}

そして三次元圧力の多くの同じような特性を共有します。 表面化学物質の特性は、一定温度でのボイルの法則nA=kの二次元アナログとして、圧力/面積等温線を測定することによって調べることができます。

表面張力は表面圧力の別の例ですが、”張力”は”圧力”とは反対であるため、逆の符号を持ちます。

理想気体の圧力編集

主な記事：理想気体の法則

理想気体では、分子は体積を持たず、相互作用しません。 理想気体の法則によれば、圧力は温度と量と直線的に変化し、体積と逆に変化します:

p=n R T V,{\displaystyle p={\frac{nRT}{V}}}{\displaystyle{\frac{nRT}{V}}}{\displaystyle{\frac{nRT}{V}},}

{\p={\frac{nRT}{V}}である。}},}

ここで、

pはガスの絶対圧、nは物質の量、Tは絶対温度、Vは体積、Rは理想気体定数です。

実際の気体は、状態変数へのより複雑な依存性を示す。

蒸気圧編集

主な記事：蒸気圧

蒸気圧は、閉じたシステム内の凝縮相と熱力学的平衡にある蒸気の圧力です。 すべての液体および固体は気体状に蒸発する傾向があり、すべての気体は液体または固体状に凝縮する傾向があります。

液体の大気圧沸点（通常沸点とも呼ばれます）は、蒸気圧が周囲の大気圧に等しい温度です。 その温度のあらゆる増分増加によって、蒸気圧は大気圧を克服し、物質の大部分の中の蒸気泡を形作るために液体を持ち上げて十分になります。 液体中のより深い気泡形成は、深さが増加するにつれて流体圧力が大気圧以上に増加するため、より高い圧力、したがってより高い温度を必要とする。

混合物中の単一成分が系内の全圧に寄与する蒸気圧を部分蒸気圧と呼びます。

液体圧力編集

も参照してください:流体静力学⇒安静時の流体中の圧力

人が水中を泳ぐと、水圧が人の鼓膜に作用すると感じられます。 その人が泳ぐほど、圧力は大きくなります。 圧力フェルトは、人の上の水の重さによるものです。 誰かがより深く泳ぐように、その人の上にはより多くの水があり、したがってより大きな圧力があります。 液体が発揮する圧力は、その深さに依存する。

液体の圧力は液体の密度にも依存します。 誰かが水よりも密度の高い液体に水没した場合、その圧力はそれに応じて大きくなります。 したがって、深さ、密度および液体圧力は正比例すると言うことができる。 一定の密度の液体カラムまたは物質内の深さにおける液体による圧力は、以下の式で表される：

p=ρ g h,{\displaystyle p=\rho gh,}

{\p=\rho gh,}

ここで、

pは液体の圧力、gはオーバーレイ材料の表面での重力、ρは液体の密度、hは液体柱の高さまたは物質内の深さです。

同じ式を言う別の方法は次のとおりです。

p=重量密度×深さ。 {\displaystyle p={\text{weight density}}\times{\text{depth}}。}

{\displaystyle p={\text{weight density}}\times{\text{depth}}。}

この式の導出

これは、圧力と重量密度の定義から導出されます。 液体の容器の底にある領域を考えてみましょう。 この領域の真上の液体のカラムの重量は圧力を生成する。 定義から、重量密度=重量体積{\displaystyle{\text{重量密度}}={\frac{\text{重量}}{\text{体積}}}}

{\{\text{重量密度}}={\frac{\text{重量}}{\text{体積}}{\text{重量}}{\text{重量}}{\text{重量}}}}}}

この液体の重量を

weight=weight density×volume,{\displaystyle{\text{weight}}={\text{weight density}}\times{\text{volume}}と表すことができる。}},}

{\{\text{weight}}={\text{weight density}}\times{\text{volume}}\times{\text{volume}}}},}

ここで、列の体積は単に面積に深さを掛けたものです。 次に、

圧力=力面積=重量面積=重量密度×体積面積{\displaystyle{\text{pressure}}={\frac{\text{force}}{\text{area}}}={\frac{\text{weight}}{\text{area}}}={\frac{{\text{weight density}}\times{\text{volume}}}{\text{area}}{\text{area}}{\text{area}}{\text{area}}{\text{area}}{\text{area}}{\text{area}}{\text{area}}{\text{area}}{\text{area}}{\text{area}}{\text{area}}{\text{}}},}

{\{\text{圧力}}={\frac{\text{力}}{\text{面積}}}={\frac{\text{重量}}{\text{面積}}}={\frac{{\text{重量密度}}\times{\text{体積}}}{\text{面積}}}{\text{面積}}{\text{面積}}{\text{面積}}{\text{面積}}{\text{面積}}{\text{面積}}{\text{面積}}{\text{面積}}{\text{面積}}{\text{面積}}{\text{}}},}

圧力＝重量密度×（面積×深さ）面積。 {\displaystyle{\text{pressure}}={\frac{{\text{weight density}}\times{\text{(area}}\times{\text{depth)}}}{\text{area}}}。}

{\displaystyle{\text{pressure}}={\frac{{\text{weight density}}\times{\text{(area}}\times{\text{depth)}}}{\text{area}}}。}

分子の「面積」と分母の「面積」が互いに相殺されると、

圧力=重量密度×深さのままになります。 {\displaystyle{\text{pressure}}={\text{weight density}}\times{\text{depth}}。}

{\displaystyle{\text{pressure}}={\text{weight density}}\times{\text{depth}}。}

記号で書かれた、これは私たちの元の方程式です：

p=√g h。 {\displaystyle p=\rho gh.}

{\displaystyle p=\rho gh.}

液体が容器の側面そして底に対して出す圧力は液体の密度そして深さによって決まります。 大気圧が無視されれば、底に対する液体圧力は深さで二度同様に大きいです;深さの三倍で、液体圧力は三重です;等。 または、液体が二または三倍の密度である場合、液体圧力は、それに応じて任意の所与の深さに対して二または三倍の大きさである。 液体は実質的に非圧縮性である–すなわち、それらの体積は圧力によってほとんど変化させることができない（水の体積は、圧力の各大気の増加に対す したがって、温度によって生じる小さな変化を除いて、特定の液体の密度は、すべての深さで実質的に同じである。

液体に作用する全圧を発見しようとするときは、液体の表面を押す大気圧を考慮する必要があります。 その場合、液体の全圧はpghに大気の圧力を加えたものです。 この区別が重要な場合は、全圧という用語が使用されます。 それ以外の場合は、液体圧力の議論は、通常常に存在する大気圧に関係なく圧力を参照してください。

圧力は存在する液体の量に依存しません。 ボリュームは重要な要因ではありません–深さはあります。 ダムに対して作用する平均水圧は、保持された水の量ではなく、水の平均深さに依存する。 例えば、3m(10ft)の深さを持つ広くて浅い湖は、小さな6m(20ft)の深い池の平均圧力の半分しか発揮しません。 （より長いダムに加えられる総力は作用する圧力のためのより大きい総表面積が原因でより大きいです。 しかし、各ダムの特定の5フィート（1.5m）幅のセクションでは、10フィート（3.0m）の深い水は20フィート（6.1m）の深い水の四分の一の力を適用します）。 人は彼/彼女の頭部が小さいプールの水の表面の下のメートルまたは大きい湖の真中の同じ深さにdunkedかどうか同じ圧力を感じる。 四つの花瓶に異なる量の水が含まれていますが、すべて同じ深さに満たされている場合、その頭を持つ魚は、表面の下に数センチメートルダンクされ、花瓶のいずれかで同じである水圧によって作用されます。 魚が数センチメートル深く泳ぐと、魚への圧力は深さとともに増加し、魚がどの花瓶に入っていても同じになります。 魚が底まで泳ぐと、圧力は大きくなりますが、それは花瓶が何であるかに違いはありません。 すべてのつぼは等しい深さに満ちている、従って水圧は形か容積にもかかわらず各つぼの底で同じ、である。 花瓶の底部の水圧が隣接する花瓶の底部の水圧よりも大きかった場合、より大きな圧力は水を横に強制し、底部の圧力が均等になるまで狭い花瓶を 圧力は、容積に依存せず、深さに依存しているので、水がそれ自身のレベルを求める理由があります。

これをエネルギー方程式として再記述すると、理想的な非圧縮性液体中の単位体積当たりのエネルギーは容器全体で一定です。 表面では、重力ポテンシャルエネルギーは大きいが、液体圧力エネルギーは低い。 容器の底部では、すべての重力ポテンシャルエネルギーが圧力エネルギーに変換される。 単位体積当たりの圧力エネルギーと重力ポテンシャルエネルギーの合計は、流体の体積全体にわたって一定であり、二つのエネルギー成分は深さとともに直線的に変化する。 数学的には、ベルヌーイの方程式によって記述され、速度ヘッドはゼロであり、容器内の単位体積当たりの比較は

p≤+z=c o n s tである。 {\displaystyle{\frac{p}{\gamma}}+z=\mathrm{const}。}

{\displaystyle{\frac{p}{\gamma}}+z=\mathrm{const}。}

用語は、セクション流体圧力と同じ意味を持っています。

液体圧力の方向編集

液体圧力について実験的に決定された事実は、それがすべての方向に等しく発揮されるということです。 誰かが水に沈んでいる場合は、その人が彼/彼女の頭を傾ける方法に関係なく、人は彼/彼女の耳に水圧の同じ量を感じることはありません。 液体が流れることができるので、この圧力は下向きだけではありません。 圧力は、直立した缶の側面の漏出から水が横に噴出する時に、横に作用しているのを見られます。 圧力はまた、誰かが水面の下にビーチボールを押そうとするときに実証されたように、上向きに作用する。 ボートの底は水圧（浮力）によって上向きに押されます。

液体が表面に押し付けられると、表面に垂直な正味の力があります。 圧力には特定の方向はありませんが、力はあります。 水没した三角形のブロックは、多くの方向から各点に対して強制的に水を持っていますが、表面に垂直ではない力の成分は互いに打ち消し合い、正味の垂直点のみを残します。 このため、バケツの穴から噴出する水は、最初に穴があるバケツの表面に対して直角の方向にバケツを出るのです。 その後、重力のために下方にカーブします。 バケツに3つの穴（上、下、中央）がある場合、内側の容器の表面に垂直な力ベクトルは深さの増加とともに増加します。 滑らかな表面上の流体によって加えられる力は、常に表面に対して直角である。 穴から出る液体の速度は2g h{\displaystyle\scriptstyle{\sqrt{2gh}}}である。}}}

\scriptstyle\sqrt{2gh}

、ここで、hは自由曲面の下の深さです。 これは、同じ垂直距離hを自由に落下させた場合の水（または他の何か）と同じ速度です。

運動学的圧力編集

P=p/≤0{\displaystyle P=p/\rho_{0}}

P=p|\rho_0

は運動学的圧力であり、ここでp{\displaystyle p}

p

は圧力であり、ρ0{\displaystyle\rho\rho}である。_{0}}

\ロー_{0}

一定の質量密度。 ＰのＳＩ単位はｍ２／ｓ２である。 動圧は動粘度ρ{\displaystyle\nu}

\nu

と同じ方法で使用され、密度ρ0{\displaystyle\rho}を明示的に示すことなくナビエ–ストークス方程式を計算するために使用される。_{0}}

\ロー_{0}

. 運動量∂u∈t+（u∈）u=–π P+π2uを持つNavier−Stokes方程式。 {\displaystyle{\frac{\partial u}{\partial t}}+(u\nabla)u=-\nabla P+\nu\nabla^{2}u.}

{\{\frac{\partial u}{\partial t}}+（u\nabla）u=-\nabla P+\nu\nabla^{2}u}

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