サラサラな水があれば、ドロドロのスムージーもあって。
サラサラなアイスコーヒーもあれば、
ねっとりしたハニーラテもあって。
『液体』や『気体』を扱う『流体力学』では、
サラサラ・ドロドロ具合を表す『粘性(ねんせい)』という考え方があります。
- 粘性(ねんせい)・・英語でviscosity(ヴィスコスティ)
粘性と粘性力について
- 粘性が高い・・スムージー・はちみつ・・ドロドロ
- 粘性が低い・・水・・サラサラ
『粘性』があると、
スムーズな流れをさまたげようとするする
『粘性力(ねんせいりょく)』が働きます。
『空気』にもほんのちょっとだけ『粘性』があるそうで、
現実世界のあらゆる『液体・気体』はもれなく、
『粘性』と『粘性力』があることになります。
また、
『粘性』は温度とも関係があるようで、
温度が上がるほど『粘度』が低くなり、サラサラになります。
理想流体と粘性流体とは
現実世界の『液体・気体』にはもれなく『粘性』があるのですが、
どれくらい『粘性』があるかというのを切り離して考えられるようにするために、
『流体力学』では『粘性』がない状態のことも考えるそうです。
- 理想流体(りそうりゅうたい)・・粘り気がなくて一様に流れる(現実にはありえない。)
- 粘性流体(ねんせいりゅうたい)・・実在するリアルな流体
まずは『理想流体』として流れを考えて、
その後に『粘性』を考えたりします。
粘性と速度勾配とは
世の中の全ての『液体・気体』には
『粘性』があり、『粘性力』が働いています。
例えば壁や土手に挟まれた『川』があるとして、
壁や土手に近い方は流れが遅く、
川の中心は流れが速くなっているのですが、
それは『粘性力』が働いていて、
壁に近い方がより強く、
『流れ』のブレーキをかけている事になります。
図で表すとこんな感じでしょうか。
壁に近いほど『粘性力』が強くて、
中心に近いほど『粘性力』が弱くなると。
また、
流れている『流体』の速度vを、
壁からの距離yで『微分』した dv/dy を、
『速度勾配(そくどこうばい)』と呼びます。
dyは同じだけどdvはだいぶ長さが違っています。
というのが感覚的にわかればまずはいいのかなと思います。
『微分』についての参考記事
せん断力とは
『粘性』があるために、
例えばお風呂の上に板を置いてずらすと、
板に接している水だけではなくて、
その下の水も、
その下の水も、
その下の水も、
徐々にひっぱられるように動きます。
これを『せん断力(せんだんりょく)』といいます。
- せん断力(せんだんりょく)・・ズレを生じさせる力
※『クエット流れ』という用語もあります。
粘性応力とは
単位面積$ (1m^2) $あたりの粘性力の事を、
『粘性応力(ねんせいおうりょく)』といいます。
$$\tau = \mu \frac{dv}{dy}$$
$$\tau$$タウ・・粘性応力 (viscous stress (ヴィスコスストレス))
$$\mu$$ミュー・・粘度(Viscosity(ヴィスコスティ))
圧力と全圧力の関係に似ているようです。
(単位もN(ニュートン)とPa(パスカル)で同じ)
| 圧 | 粘性 |
|---|---|
| 圧力(N) | 粘性力(N) |
| 全圧力(Pa) | 粘性応力(Pa) |
『圧力』についての参考記事
粘度と動粘度とは
『粘度(ねんど)』は、
『液体・気体』のドロドロ具合表す数字で、
『粘度係数(ねんどけいすう)』
とも呼ばれています。
先ほどの式を変形するとこうなって、『粘度』の式が出てきます。
$$\nu = \frac{\mu}{dv/dy}$$
- $$\nu$$(ニュー)・・単位はPa・s(パスカル秒)
また、
『動粘度(どうねんど)』という数値もあります。
- 『動粘度(どうねんど)』・・粘度を密度で割ったもの。
-
$$\nu$$(ニュー)・・動粘度(単位は$m^2/s$
- $$\mu$$(ミュー)・・粘度
- $$\rho$$(ロー)・・密度
ちょっと長くなってきたので、
『動粘度(どうねんど)』は別の記事で扱いたいと思います。
粘性力・粘性応力・粘度をわかりやすくまとめてみて
サラサラの水にしろ、
ドロドロのスムージーにしろ、
空気にしろ、
世の中の全ての『流体・気体』にはもれなく
『粘性』があることがわかりました。
『粘性』があるおかげで、
渦ができたり独特の動き方になるんでしょうね。
『流体力学』を知るにつれ、
現実世界のいろんなものに、
『粘性』があるんだよなぁと思うようになり、
物の見え方が少しだけ変わってきているかもしれませんね。
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