連続の式とベルヌーイ(絞りの加速)
管を絞ると A·v = 一定 で流速が上がり、p + ½ρv² = 一定 で圧力が下がる ── 粒子の混み具合と圧力の色で体感します。
0.40
1.5 m/s
1.00
圧力 高い(遅い)
中くらい
圧力 低い(速い)
入口 v₁(広い管)
—
のど v₂ = v₁·A₁/A₂
—
体積流量 Q = A·v
—
圧力差 p₁ − p₂
—
入口とのどの圧力(高さ ∝ 圧力)
ベンチュリ管:流線が狭まり粒子が加速する
水や空気のような流体が管を流れるとき、同じ時間に入った量だけ必ず出ていきます。だから細いところでは
速く流れなければならないのです。これが連続の式
さらにエネルギー保存(ベルヌーイの定理
のどの断面積 A₂ を絞ると、粒子の間隔と圧力の色がどう変わるか確かめてみましょう(重力差は無視した水平管モデル)。
A₁·v₁ = A₂·v₂。さらにエネルギー保存(ベルヌーイの定理
p + ½ρv² = 一定)から、
速い場所ほど圧力が低くなるという、直感に反する関係が生まれます。のどの断面積 A₂ を絞ると、粒子の間隔と圧力の色がどう変わるか確かめてみましょう(重力差は無視した水平管モデル)。
いま何が起きている?
ここがポイント
- 連続の式 A·v = 一定 ── 断面積が半分になれば流速は2倍。流量 Q はどこでも同じ。
- ベルヌーイ p + ½ρv² = 一定 ── 速い(のど)ほど圧力は低い。粒子は圧力の高い側から低い側へ押されて加速する。
- 粒子の間隔は「圧縮」ではなく見かけ ── 非圧縮流体でも、細い管では同じ本数が狭い断面を速く通るので詰まって見える。
- 霧吹き・キャブレター・飛行機の翼まわりも同じ原理 ── 絞りや高速部の低圧で流体が吸い込まれる。