力学は、動きとその時間の経過に伴う進化だけでなく、物体のその他の部分も分析する物理学の分野です。力学は力学を含めて 3 つの分野に分かれています。
力学とは、物体の動きを、その動きを生み出す原因を考慮して研究する力学の分野です。その原因として力の概念が定義される。言い換えれば、力は動きを生み出す物理量です。
物理学では、物体は 2 つの状況で平衡状態にあります。 1 つ目は、物体には力が作用していない状態です。この場合、平衡状態は静的と呼ばれ、物体は静止しています。 2 つ目では、身体は 1 つまたは複数の力の作用下にあり、この場合、バランスは動的と呼ばれ、身体は 均一な直線運動 をしています。この場合、この物体に作用する 合力は ゼロになります。
流体力学
流体が静的であろうと動的であろうと平衡状態にある 静水学 とは異なり、流体力学では流体は平衡状態から外れています。これは、流体に加えられる正味の力がゼロではないと言っているのと同じです。したがって、流体力学は、力の作用下で動く流体の研究に特化した物理学の分野です。流体力学はエンジニアリングにおいて高度に応用される分野です。流体力学の研究は次の概念に基づいています。
流れ
水道ホースを使用するとき、ホースの口を覆うと水の出が早くなることにすでに気づいているでしょう。つまり、ホースからの水の出口の面積を小さくしていたのです。一方で、これが物理的にどのような説明になるのか、一度も考えたことがないかもしれません。このような状況に関係する量は流量と呼ばれ、流速と流体が流れる断面積に密接に関係しています。よりよく理解するために、流速係数が に等しい流体で覆われた断面領域を持つ円筒管を考えてみましょう (図 1 で表される状況)。
図 1: 流体が通過する円筒管。
このチューブ内の流量は、流体が領域 S を流れるのに必要な速度と時間の比で求められます。数学的には次のようになります。
流量は、面積 S と流体速度の積によって求めることもできます。
連続方程式
異なる面積を持ち、それぞれ S 1 と S 2 に等しい 2 つの断面を持つチューブを考えます (この状況は図 2 で表されます)。
図 2: 流体が通過する 2 つの異なる断面積を持つチューブ。
連続方程式は 、チューブはその長さに沿って同じ断面積を持たないが、その長さ全体の流量は同じであることを示しています。つまり:
ベルヌーイの定理
重力加速度 の作用下で移動する流体内の任意の 2 つの点 A および B を考えてみましょう (図 3 で表される状況)。速度は常に軌道に接する ベクトル量 であるため、A と B のベクトル速度は異なります。 ベルヌーイの原理は 、ポテンシャル セクター、運動セクター、重力ポテンシャル セクターを考慮する必要があると述べています。
図 3: 移動する流体内の点 A と B の速度。
この方程式は次のように書き換えることができます。
ここで、p、h、v はそれぞれ、圧力 A と B、高さ A と B、速度 A と B の差です。
ベルヌーイの原理はエネルギー保存方程式の一種であり、流体力学で多くの用途があります。
参考文献:
ボンジョルノ、ホセ・ロベルト。ボンジョルノ、レジーナ・アゼーニャ。バルター、ボンジョルノ。クリントン、マルシコ・ラモス。 物理学の歴史と日常生活 。サンパウロ: Editora FTD、2004 年、1 冊。
ヒューイット、ポール G. 概念物理学 。ポルト アレグレ: 出版社: Bookman、2011、11 位。編v.シングル。
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