流体力学
液体の圧力と大気圧
水深と密度に対する静水圧の依存関係を調べ、 を確かめます。密閉した液体中で圧力が減衰せずに伝わり、ピストン上で力が に増幅される様子を観察します。
器具
- 深度調節可能な圧力プローブを備えた仮想液槽
- 深さ h と密度 ρ のスライダー
- 断面積と入力力のスライダーを備えた二ピストン油圧プレス
- 圧力・力の表示パネル
手順
深さに対する圧力を測る
ρ を一定に保ち、深さ h のスライダーをいくつかの値に動かして表示の圧力を読みます。各点で を計算し と比べ、線形関係 を確かめます。
液体の密度を変える
h を固定して ρ を増やすと、圧力が比例して増えることを確認します。容器の形が違っても同じ深さの点では圧力が等しいことに注目してください。圧力は 、、 のみに依存します。
油圧プレスを確かめる
ピストンの部分で入力力 を決め、大ピストンの断面積 を増やします。出力される力を読み、 と比較します。同じ圧力増分があらゆる点に伝わるため、力は面積に比例します。スライダーを動かす前に を予測してみましょう。
シミュレーション
実験の歴史
1643〜1644年、ガリレオの弟子エヴァンジェリスタ・トリチェリは水銀管の実験を行い、約76 cm の液柱が大気圧に支えられていると結論づけ、「自然は真空を嫌う」という考えを退けました。ブレーズ・パスカルはこれを追試・拡張し、1648年にはピュイ・ド・ドーム山に水銀管を運ばせ、高度が上がると液柱が下がることを示しました。
パスカルはまた、没後の1663年に出版された『液体の平衡論』で密閉流体中の圧力伝達の原理を述べました。これが油圧プレスの基礎となり、1795年にジョセフ・ブラマーが実用プレスを製作しました。圧力のSI単位パスカルはこの業績を記念しています。