物理に詳しい人ちょっと教えて欲しい。

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へろりくしょん
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住所: 福岡

物理に詳しい人ちょっと教えて欲しい。

投稿記事 by へろりくしょん » 12年前

画像

これなんですけど、このBとCの水流量・水圧は共に同じになりますか。
違う場合は、どう違ってきますか。

直感的には同じだと思うんだけど、よく分かりません。

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h2so5
副管理人
記事: 2212
登録日時: 14年前

Re: 物理に詳しい人ちょっと教えて欲しい。

投稿記事 by h2so5 » 12年前

(専門ではないですが)
流体力学を考慮しなければ理論的には同じではないでしょうか。
実際に水を流すとすると、Cの太い部分から細い部分へつながる角になっている部分に衝突する水の流れが影響を及ぼす気がします。

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こじこじ
記事: 16
登録日時: 12年前

Re: 物理に詳しい人ちょっと教えて欲しい。

投稿記事 by こじこじ » 12年前

流量は連続の式からわかります。
同じ流量が与えられるなら、同じ流量が出口からでるはずです。

圧力はベルヌーイの定理からわかります。
入口、出口ともに大気圧で入口出口で、流速(単位面積当たりの
流入量)が同じなら変わりはないですが、
Cの面積は違いますね。

水流量を面積で割れば、流速が出ます。
ベルヌーイの定理から
入口、出口で速度のエネルギーと圧力の和
は一定に保たれなくてはいけないので
Cの出口は圧力が下がります。

一方、Bは入口、出口が同じため
圧力は一定です。

このことから、出口圧力はB>Cになるはずです。

wikiに乗ってますね
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%99 ... A%E7%90%86
最後に編集したユーザー こじこじ on 2013年7月18日(木) 22:27 [ 編集 2 回目 ]

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GRAM
記事: 164
登録日時: 14年前

Re: 物理に詳しい人ちょっと教えて欲しい。

投稿記事 by GRAM » 12年前

今院試勉強でちょうど流力やってるので頑張って考えます.

まず流量については上二人のおっしゃっている通り同じになります.

水圧については入口圧力に依存するので,仮定を設けます.
議論するには入口の条件をそろえる必要があると考えたので,
以下のようなモデルに置き換えます.
無題.png
無題.png (8.14 KiB) 閲覧数: 233 回
この場合どちらが有利か(入口の圧力に対する減少量が少ないか)を考えるには次の2つを考える必要があります.
① 管内圧力損失
② 管路系の諸圧力損失
なぜならば水圧というのは管内の抵抗力の影響を受け,入口よりも出口が必ず下がるからです.

まず①ですが,これは単純に管壁面より生じる抵抗力によるものです.
管内の流体の摩擦力は F=fAK ( f :摩擦係数 A:摩擦の働く面積 K:流体単位体積当たりの運動エネルギー )で与えられます.
ここから始めてめんどくさい諸計算を全部省くと圧力損失⊿Pは

⊿P = 4f*(L/D)*(ρ2 / 2) とかいう 式になります.( fは摩擦係数, Lは管の長さ, Dは管の直径, は流体の断面内の平均流速,ρは水の密度)
大事なfはレイノルズ数というものにより決まり,ムーディー線図というのを使って求めます.
fは流速が速くなると小さくなりますが,大したことはなく,↑の式を見ると
(i)抵抗は流速の2乗ででかくなる
(ii)抵抗は管の直径に反比例する
(iii)流速は管の直径の2乗に反比例する
ことから完全に一旦広げる方②が圧力損失は小さくなります.

②ですが,こっちは①と反対の結果となります.
無題.png
無題.png (10.27 KiB) 閲覧数: 214 回
入口が大きく広がるときの広がった後,もしくは小さくすぼむときのすぼんだ後の流速をvとすると
⊿P = ρξv2 / 2 という公式に従って圧力を損失します.
この時のξの値は断面が変化する場所の詳細な形状に依存し値は0.005~3 程度と大きく変動します.
いずれにせよ②は2つの断面形状の変化部で圧力を損失するので①のほうが有利となります.

つまるところ結論としては
広い部分が十分に長い場合下が有利,
広い部分が十分に短い場合上が有利となると思われます.

追記:絵描いたり文章直したりして修正しまくりました
・・・ところで何の話ですか?
最後に編集したユーザー GRAM on 2013年7月19日(金) 00:25 [ 編集 7 回目 ]

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へろりくしょん
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登録日時: 14年前
住所: 福岡

RE: 物理に詳しい人ちょっと教えて欲しい。

投稿記事 by へろりくしょん » 12年前

お三方ともお付き合い頂きありがとうございます。

中学校の理科レベルの話だろうと高をくくっていたら、予想外に難しくて半分涙目です。


> h2so5 さん。

私と同じ直感派のようですね。 仲良くしましょう。


> こじこじ さん。

えっと、B・C共に出口における水流量は同じで、出口における単位面積も同じだから流速も同じ。
同じ量の水が同じ速度で同じ経口の出口から出ているけれども、圧力は違うって事でしょうか。
その通りだと言われれば理解はしますが、直感派としては些か納得しがたいところです。


> GRAM さん。

入り口と比較し出口の水圧が必ず下がるというのは、例えばホースでお水を撒く時に、
ホースの先端を潰すと勢いよくぴゅーぴゅー出ますよね。
あれも、水圧は下がっているのでしょうか。 その通りだと言われればr(ry


なんだか、水圧というものに対して大きな誤解をしていたのかもしれません。

ちなみにこれは、うちの水槽の循環器系のお話です。
最近ちょこちょこっと改造? したのですが、フィルタからの排水がまぁ、ちょっとアレでして。
それで困っていた次第です。

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GRAM
記事: 164
登録日時: 14年前

Re: 物理に詳しい人ちょっと教えて欲しい。

投稿記事 by GRAM » 12年前

流体を考えるときの圧力っていうのは配管の漏れを止めるようなイメージなんですよね
いっぽんの管に太いところや細いところがあって,どちらにも小さな穴が開いているとき漏れを止めやすいのは
流速の速い細いところ?流速の遅い太いところ?という感じの話です.(この場合は細い方が止めやすい)