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流体力学を独学している高校生です。次の3点が理解できていません。

mnq********さん

2020/1/2722:41:57

流体力学を独学している高校生です。次の3点が理解できていません。

●まず「層流」のWikipediaより
流体の流速が小さい→層流になりやすい→流体粒子は管軸と平行に進む→まっすぐ進む…①

続いて、次のリンク(https://javalab.org/ja/bernoullis_principle_ja/)より
流体の流れが小さい→圧力が大きい→流体粒子の管軸と垂直方向の動きが大きくなる…②

私には①と②が矛盾しているように見える。どこに誤りがあるのか。

●「層流」のWikipediaの頭書の説明からは、層流というのは一種のモデルのような印象を受けたが、同じページ内には、「一般に流れのレイノルズ数が小さいと層流になりやすいとされる」とあり、頭書の説明とは打って変わって曖昧な説明となっている。納得のいく説明がほしい。

●上のリンクに「圧力」という言葉が多用されているが、この場合の圧力はスカラーなのか。
また、この「圧力」と、「圧力エネルギー」という言葉の関連を詳しく知りたい。

以上の3点です。ここ数日頭を悩ませています。できれば小さなステップで、かつ厳密な説明をしていただけるとありがたいです。

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kun********さん

2020/1/2813:03:02

●A1
>私には①と②が矛盾しているように見える。どこに誤りがあるのか。
→比べる土俵が違います。
①は層流の流れをマクロに見た時の説明で、層流の説明そのものです。

②について
>流体の流れが小さい→圧力が大きい→流体粒子の管軸と垂直方向の動きが大きくなる…②
→上記は何を言っているのか判りませんが、いづれリンクは先はベルヌーイの原理の説明で、流体が持つエネルギについての説明です。

●A2
そうなんです。いまだ曖昧なのです。
臨界レイノルズ数は層流を保てる限界のレイノルズ数で、レイノルズ数が小さいほど層流になりやすいことが判っていますが、そのメカニズムは解明されていません。

↓↓以下は1年半前の別の質問者への回答の流用です。

長年研究されてきた難問で、最近再び研究者の関心を集めているそうです。
↓↓東大の先生の発表(2016年)
https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2016/4602/
↓↓上記リンクのサイトポリシー
https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/policy/site.html
臨界レイノルズ数で検索すると他にも色々見つかります。
2017年のNatureにも特集があるようです(有料だったので内容を見ていませんが。。。)。

●A3
はい、スカラーです。ベルヌーイの式の静圧頭の圧力です。
「圧力エネルギー」については、その定義がよく判りません。どんな場面でこの言葉が使用されていますか?

混乱されているようなので頭を整理していただき、さらに疑問点があればご質問ください。

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