Physic Labs
ステップ 1/4: 流体要素に対する仕事とエネルギーの定理
直感

液体の圧力はパイプ両端の「手」のように流体要素を押します。後ろの手が前の手の抵抗より強く押すとき、その差が流体の得る正味のエネルギーです。

p1A1 ds1−p2A2 ds2=ΔK+ΔUgp_1 A_1\, ds_1 - p_2 A_2\, ds_2 = \Delta K + \Delta U_g
解析

流管の 2 つの断面 A1A_1, A2A_2 の間にある流体を考えます。端 1 の圧力は流体を ds1ds_1 だけ押し進め(正の仕事 p1A1ds1p_1A_1ds_1)、端 2 の圧力は運動を妨げます(負の仕事 p2A2ds2p_2A_2ds_2)。粘性がなければ、重力を除く外力の仕事はこれだけなので、仕事とエネルギーの定理により、その差は流体の運動エネルギーと重力位置エネルギーの増分に等しくなります。