エネルギー保存則(レベル1):ベルヌーイの定理を理解しよう!
https://www.youtube.com/watch?v=fS3z7AjVqAc
内容
質点と連続体のエネルギー保存則の違い
様々なエネルギーがある
力学的エネルギ
運動エネルギー
potential energy
圧力エネルギー
熱エネルギー
光エネルギー
静圧(圧力エネルギー)の理解
流れは水頭差で生じる
https://kakeru.app/822e1c6635a948b2d22b36b38e10aca1 https://i.kakeru.app/822e1c6635a948b2d22b36b38e10aca1.svg
静止流体中において、AとBの位置エネルギーは異なるが、流れは発生しない
静圧まで考慮すると、エネルギーが釣り合い、静止するとわかる
普通に応力のエネルギーと考えればいい気もするtakker.icon
シリンダーの例
図は等圧変化を表す
https://kakeru.app/46550368204e6611bf82b2694cc354e2 https://i.kakeru.app/46550368204e6611bf82b2694cc354e2.svg
力学的エネルギー保存則
質点系
系内の全ての質点を足す
$ \sum\frac{|\pmb{p}|^2}{2m_i}+m_igz=\text{Const.}
連続体
質点のように対象を指定できない
代わりに検査領域を決めて、その内部で定義する
検査領域の定義がびみょい
てかこれ単に系を決めているだけでは?
微小体積素で考えた場合
$ \frac{(\rho v)^2}{2\rho}+\rho g z+P=0
となる
さらに単位体積重量で除した形式をよく使う
$ \frac{v^2}{2g}+z+\frac{P}{\rho g}=H
$ H:全水頭
利点:全ての項が長さで構成されるので、定規だけで流体のエネルギーを測定できる!
水頭の意義は定規でエネルギーを測れること
例:差圧計(マノメーター)の高さで流速を求める
これって質点系の力学でも同じことできないかな?
$ \frac{|\pmb{v}|^2}{2g}+z=\rm Const.
できそうだな
ていうかpotential energyの測定がもろにそれじゃん
転がり落ちる前の高さから、ある地点まで降ったときの速度を求める
定規で流体のエネルギーを求めるとか言っているけど、実は大したことではないのでは?
古典力学だと使えないけど、水理学だと使える便利な測定方法でもあるのだろうか?
水理学でわからないことリスト
物質表示ではなく空間表示でエネルギーを追跡するのがポイントってことかな?
質点だと追跡してもあんまりメリットない?
位置の函数$ v(\pmb{x},t)
先生と話して、まあこれだろうということになった
Bernoulliの定理の条件
外力が保存力のみ
定常流れ
流速$ \pmb{u}について、$ \frac{\partial \pmb{u}}{\partial t}=0が検査領域中の任意の地点で成り立つ流れ
流線
ある時刻における流速を滑らかに結んだ線
この説明はかなりいい加減takker.icon
あとで厳密な定義を調べたい
電気力線の概念と同じ
$ \pmb{u}//\pmb{e}_sが成り立つ
Bernoulliの定理の導出する
微小領域を用いた流線方向のBernoulliの定理の導出
微小領域のエネルギー収支からBernoulliの定理をうまく導けない→多項式の展開ミスだった
微小領域を用いた流線方向のBernoulliの定理の導出もしくは有限距離離れた流線上の2点間のエネルギー収支を使ったBernoulliの定理の導出はどちらも正しいが、1次元でしか使えないのと、エネルギー保存則の仮定が必要になる
3次元で運動方程式から導出するには、完全流体の運動方程式を使う必要がある
この際、密度の条件を緩和しても成立することを示せる
また、圧力方程式もこの方法から導出される
流線曲率の定理というのもあるらしい
Torricelliの定理の導出
縮流係数
ノートチェック終わったら切り出す
切り出した
正誤
1. 13:45~の2行目
s/$ ρA_1v_1dtで除し/$ A_1v_1dtで除し
2. 16:06~のstep3連続式を導入
s/$ v_2=(A_2/A_1)v_1/$ v_1=(A_2/A_1)v_2
H1-2021F-講義動画
#2022-05-17 10:49:11
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