Product Design, Manufacturing & Innovation Resources

家 » 動圧

動圧

1738

Daniel Bernoulli

（画像はイメージです）

動的プレッシャー（[latex]q[/latex]または[latex]Q[/latex]と表記される）は、流体の単位体積あたりの運動エネルギーです。これは、[latex]q = frac{1}{2} rho u^2[/latex]という式で定義されます。ここで、[latex]rho[/latex]は流体の局所密度、[latex]u[/latex]は流体の速度です。この量は、流体の運動によって生じる圧力を定量化するために、流体力学において基本的なものです。

The concept of dynamic pressure originates from the conservation of energy for a moving fluid. It represents the portion of the fluid’s total energy associated with its bulk motion. The formula [latex]q = \frac{1}{2} \rho u^2[/latex] can be derived by considering the kinetic energy ([latex]E_k = \frac{1}{2} m u^2[/latex]) of a small parcel of fluid with mass [latex]m[/latex] and volume [latex]V[/latex]. Since density [latex]\rho[/latex] is mass per unit volume ([latex]\rho = m/V[/latex]), the kinetic energy per unit volume is [latex]E_k/V = (\frac{1}{2} m u^2)/V = \frac{1}{2} (m/V) u^2 = \frac{1}{2} \rho u^2[/latex]. This result shows that dynamic pressure is not a pressure in the conventional sense of a normal force per unit area exerted by molecular collisions (which is static pressure). Instead, it is a scalar quantity with units of pressure (Pascals in SI units) that conveniently represents the kinetic energy density of the flow. This distinction is crucial; dynamic pressure cannot be measured directly by a standard pressure gauge oriented parallel to the flow. It can only be measured by bringing the fluid to a stop isentropically, converting its kinetic energy into a measurable pressure increase.

Historically, the groundwork was laid by Daniel Bernoulli in his 1738 work *Hydrodynamica*. While he formulated the overarching principle of energy conservation in fluids, the explicit isolation and naming of “dynamic pressure” as a distinct term became more common with the development of modern fluid dynamics and aerodynamics in the late 19th and early 20th centuries. Its utility lies in simplifying complex fluid dynamics equations. For instance, in many aerodynamic calculations, the forces are non-dimensionalized using dynamic pressure, which allows for the comparison of aerodynamic performance of different-sized objects at different speeds and in different fluids, as long as other parameters like the Reynolds number are matched. This makes it a cornerstone quantity for wind tunnel testing and computational fluid dynamics (CFD).

空気力学, 自動車, 土木工学, 計算流体力学（CFD）, 製造設計（DfM）, 流体力学, 力学

UNESCO Nomenclature: 2210

機械工学

タイプ

抽象システム

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

アイザック・ニュートンの運動法則
運動エネルギーの概念（[latex]E_k = frac{1}{2}mv^2[/latex]）
圧力と密度の初期の概念
Conservation of energy principles

アプリケーション

航空機の設計（揚力と抗力の計算）
流量測定用ベンチュリ流量計の設計
対気速度測定のためのピトー管の動作
気象予報（構造物にかかる風荷重の分析）
自動車設計（空力最適化）
土木工学（橋梁や建物への風荷重）

特許:

潜在的なイノベーションのアイデア

ボットによるトラフィック（現在1日あたり4万件以上）を排除するため、このコンテンツはコミュニティメンバー限定となっています。
> ログイン < または > 登録 < （100%無料）でこれにアクセスできます。他のすべての制限付きコンテンツとツールも同様です。

Related to: dynamic pressure, fluid dynamics, kinetic energy, fluid density, fluid velocity, Bernoulli’s principle, pressure, aerodynamics, incompressible flow, fluid mechanics.

歴史的背景

17th-century laboratory with tools for tensile testing and equations of Generalized Hooke's Law.

一般化されたフックの法則

一般化フックの法則は、線形弾性材料の構成方程式であり、応力テンソルがひずみテンソルに線形的に比例することを示しています。この関係は、[latex]sigma = C : varepsilon[/latex] と表され、[latex]sigma[/latex] は応力テンソル、[latex]varepsilon[/latex] はひずみテンソル、[latex]C[/latex] は材料の弾性定数を含む 4 次剛性テンソルです。

Isaac Newton calculating gravitational forces in a historical laboratory setting.

ニュートンの万有引力の法則

この法則は、宇宙に存在するすべての粒子が、他のすべての粒子を、それらの質量の積に比例し、中心間の距離の二乗に反比例する力で引き付けることを述べています。式は [latex]F = G frac{m_1 m_2}{r^2}[/latex] で、[latex]G[/latex] は重力定数です。この法則は、地球力学と天体力学を統一しました。

Researcher demonstrating conservation of momentum in a physics laboratory with colliding carts.

運動量保存の法則

孤立系では、全運動量は一定に保たれます。孤立系とは、外部からの力が作用しない系のことです。この原理はニュートンの運動法則から導かれます。粒子の系では、正味の外力がゼロであれば、全運動量 [latex]vec{p}_{text{total}} = sum_{i} m_i vec{v}_i[/latex] は保存されます。これは衝突を解析する上で基本となります。

動圧

Historical laboratory scene illustrating centrifugal force in classical mechanics.

遠心力の公式

角速度 [latex]boldsymbol{omega}[/latex] で回転する基準座標系において、原点からの位置ベクトル [latex]mathbf{r}[/latex] にある質量 [latex]m[/latex] の物体に作用する遠心力 [latex]mathbf{F}_{mathrm{cf}}[/latex] は、ベクトル式 [latex]mathbf{F}_{mathrm{cf}} = -m boldsymbol{omega} times (boldsymbol{omega} times mathbf{r})[/latex] で与えられます。この式は、力が回転軸に垂直で外向きであることを示しています。

Antique electrostatic apparatus demonstrating Coulomb's Law in a vintage laboratory.

クーロンの法則

クーロンの法則は、静止した2つの帯電粒子間の静電気力を定量化したものです。この力は、電荷の大きさの積に比例し、粒子間の距離の2乗に反比例します。式は [latex]F = k_e frac{q_1 q_2}{r^2}[/latex] です。この力は、引力にも斥力にもなり得ます。

Study room with Lagrangian mechanics equations and mechanical models, showcasing physics applications.

ラグランジュ力学

定常作用の原理に基づく古典力学の再定式化。運動エネルギーから位置エネルギーを引いた値 ([latex]L = T - V[/latex]) として定義されるラグランジアンと呼ばれるスカラー量を使用する。運動方程式は、制約のある複雑なシステムの解析を簡略化する一般化座標を使用して、オイラー・ラグランジュ方程式 [latex]frac{d}{dt} left( frac{partial L}{partial dot{q}_i} right) - frac{partial L}{partial q_i} = 0[/latex] から導出される。

1678

1687

1738

1750

1785

1788

1672

1687

1738

1750

1757

1788

1800

Isaac Newton conducting spectroscopy experiments with prisms and light in a historical laboratory.

分光法

分光法とは、物質と電磁波との相互作用を、電磁波の波長または周波数の関数として研究する学問である。分光装置は、電磁波を波長に応じて分散させることでスペクトルを生成する。このスペクトルは、物質が電磁波をどのように吸収、放出、または散乱するかを明らかにし、物質の組成、構造、および物理的性質に関する情報を提供する。

Isaac Newton studying classical mechanics in a historical setting.

ニュートンの運動法則

古典力学の基礎となる3つの物理法則。第一法則（慣性の法則）は、物体は外部からの正味の力が作用しない限り、静止状態または等速運動を続けると述べている。第二法則は、力を質量と加速度の積として定量化する[latex]vec{F} = mvec{a}[/latex]。第三法則は、すべての作用には、それと等しく反対向きの反作用が存在すると述べている。

Viscometer in a fluid mechanics laboratory for viscosity measurement.

ニュートンの粘性法則

ニュートン流体のせん断応力は、せん断ひずみの速度に正比例します。この線形関係は、ニュートンの粘性法則[latex]tau = mu frac{du}{dy}[/latex]で定義されます。ここで、[latex]tau[/latex]はせん断応力、[latex]mu[/latex]は動粘度（比例定数）、[latex]frac{du}{dy}[/latex]はせん断速度または速度勾配です。

Aircraft wing demonstrating Bernoulli's principle in fluid mechanics for lift generation.

ベルヌーイの原理

ベルヌーイの原理は、非粘性流体の場合、流体の速度が増加すると、圧力または位置エネルギーが同時に減少するというものです。これは、流体のエネルギー保存則を表しており、流線に沿って一般的に [latex]p + frac{1}{2}rho v^2 + rho gh = text{constant}[/latex] と表されます。

Fluid mechanics laboratory experiment demonstrating buoyancy and fluid dynamics principles.

流体力学

流体力学は、液体および気体の静力学（静止状態）と動力学（運動状態）を扱う応用力学の一分野です。質量、運動量、エネルギー保存の基本原理を応用して、流体の挙動を解析・予測します。その応用範囲は広く、空気力学や水力学から気象学や海洋学まで多岐にわたります。

Fluid dynamics laboratory with engineers analyzing flow in pipelines, emphasizing mass conservation principles.

質量保存の法則

連続体力学において、質量保存の法則は、閉じた系の質量は時間とともに一定に保たれなければならないことを述べています。流体の場合、これは連続の式で表されます。オイラー微分形式では、[latex]frac{partial rho}{partial t} + nabla cdot (rho mathbf{u}) = 0[/latex] と書かれ、ここで [latex]rho[/latex] は密度、[latex]mathbf{u}[/latex] は速度場です。