今日は “流体” です。流体はですね、流れるんですよね。もろ物理！…といった話になってしまうのでちょっと気が重いんですが、ここをクリアすれば少なくとも流体だけは大丈夫なような気もするので、ま、頑張ってみましょう。

・ 液体が固体面と接するときは液体、空気、固体との３者の間に働く［表面張力］の大きさによって固体面と液面とはある角度で接触する。この角度を［接触角］という。 ・ 流体の粘性の影響は物体表面近くで顕著に現れ、この物体表面近くの層を［境界層］という。 ・ 層流から乱流に遷移するときの流速を［臨界速度］と呼んでいる。そしてこの遷移するときのレイノルズ数を［臨界レイノルズ数］という。 ・ 管内面の粗い場合の管摩擦係数λは、［層流］の範囲では粗さにはほとんど関係ないが、［乱流］の範囲ではレイノルズ数に無関係で管内面の粗度のみの関数となる。 ・ 水の運動状態の急変により大きな圧力変動を引き起こすことを［ウォーターハンマー］という。

　えーと、表面張力です。板の上に水滴をたらすと水玉になりますが、水が玉になる力。それが表面張力でありますな。で、板と水玉とは、ある角度で接触することになるんですが、この接触する角度のことを接触角と言います。そのまんまですね。これ以上、何を説明する必要があるんや？…という気がするので先に進むとして。　で、物体の表面近くの層をですね、境界層というんですね。ほう、そうなんですか。で、この境界層が何に関ってくるのかというと、流体の粘性なんですが、境界層−流体の粘性。この２つの用語は関係があるかないか。…という問題の解説がこれなので、何だか説明のしようがありませんね。教会僧（境界層）、ネチネチ。…って、僕の通っていたキリシタン系の高校にはラカラ神父という教会僧がいて、何だかネチネチした性格のキャラだったんですよね。　で、次。　層流と乱流。さらさらと素直に流体が流れているのが層流で、乱れきっているのが乱流なんですが、その乱れ具合を示す指数がレイノルズ数というわけでありますな。例のルーズ・ギャル、乱れた日常。…といったところでしょう。いけません。ギャルはケバくなくて乱れていないのが一番です。…という個人の趣向はさておいて。さらさらと素直に流れていた流体もですね、速度を上げてやると、突如として乱れてしまいます。夏休みが終わったら急にケバくなっていた女子学生。…といったところでしょう。この夏休みに相当するのが臨界速度、あるいは臨界レイノルズ数ということになるわけですな。キーポイントは “臨界” という言葉でありまして、ステンレスのバケツを使って放射性物質を取り扱ったりすると、こういう事態を引き起こすこともあります。臨海学校の乱れた夜。…って、一夏の経験が一人のギャルをケバくしちゃうことはよくありますからね。

　で、管内面の粗さ。荒勢というのはよく温泉レポなんかをやっていた元相撲取りなんですが、粗さが粗いとですね、何だか流れは乱れちゃうような気がしますよね。が、層流の場合は何だかあまり関係ないんだそうで、逆に乱流の場合は思いきり関係してくるんだそうで、とにかくまあ、乱れまくる荒勢。…と覚えておけば、何らかのヒントにはなるのではなかろうかと。　で、最後のウォーターハンマーでありますが、これは上水道工事に従事しているものであればお馴染みの言葉でありまして、とにかくまあ、水がハンマーみたいになって、ガーンとなっちゃうことでありますな。太田ハマった、変動相場制で大打撃。…って、太田クン、外貨投資で大損こいちゃったんですかね？

・ ［ニュートン流体］は、粘性流体のうち摩擦応力が境界面と垂直方向の 速度勾配に比例する流体のことをいう。 ・ 流体の流れは流体分子が規則正しく層をなして流れる［層流］と、不規則に入り交じり混乱した流れの［乱流］に分けられる。レイノルズ数は慣性力と粘性力の比で、一般にその値が小さいとき、つまり速度が小さく慣性力に比べて粘性力の影響が［大きい］とき、流れは［層流］になり、速度が大きくなりレイノルズ数が大きくなると［乱流］に変わる。 ・ 粘性係数は流体の種類と温度により変わるものであり、流体固有の粘性を表す物質定数である。粘性係数の値が大きいと摩擦応力が［大きく］、粘性の影響が［大きく］なる。粘性係数の値は、液体では温度の上昇とともに減少し、気体では温度の上昇とともに増加する。 ・ 動粘性係数は流体の［粘性係数］を［密度］で割ったものである。

　鶴光のオールナイトニッポンと言えば、乳頭の色は？…なんですが、流体はと言えば、ニュートン流体でありまして。　ニュートン流体というのは別に珍しい流体ではなく、粘性流体の摩擦応力というのは速度勾配に比例するんだね。…という、ニュートンが発見した公式に従う流体のことでありまして、普通の流体というのはほとんどこれに当てはまるんですけどね。　が、分子構造の複雑な高分子化合物が合成されるようになると、この式に従わない流体が多く見られるようになって、こうした流体のことを非ニュートン流体と言ったりするんですが、そんなことでまあ、非ニュートン流体でない流体はニュートン流体であると言っていいと思うんですけどね。　で、２番目はレイノルズ数のおさらい…というか、補足説明であるわけなんですが、なるほど、例のルーズにはそんな意味があったんですな。とにかくまあ、層流・乱流という言葉と、レイノズル数が大きくなると乱れるという２点を押えておけばいいんですが、騒乱で例のルーズ・ギャル、乱れまくり。…と、おさらいしておきましょう。

　で、粘性係数。ネバネバの度合いを示す数字でありますが、ネバネバ度が大きいほど摩擦が大きいというのは何となく想像が付きますよね。いや、ヌルヌルしているほど摩擦が少なくて、事がスムーズに運ぶのではないか？…という気がしないでもないんですが、ネバネバとヌルヌルとはまた話が違うわけでありますな。水で１０倍に希釈したカルピスとマックシェイクとでは、ストローで飲むのにどちらがより疲れるか？…といった例を考えれば分かりやすいかと思いますが、いや、いくら貧乏だからってカルピスの希釈はせいぜい６倍までにして欲しいところではあるんですけどね。　で、粘性係数と温度の関係でありますが、これはですね、水飴の例で考えてみましょう。冬場の水飴はまず確実に割箸が折れますが、夏場の水飴だとサラサラしているから割箸は折れません。いや、夏でもやっぱり割箸は折れるで？…という人は、おそらく百均の安い割箸を使っているのが問題なのであって、水飴の側に責任はありません。とにかくまあ、冬の水飴はガチガチ。…ということで、液体の粘度と温度との関係は大丈夫でしょう。液体でも唯一の例外は鼻水なんですが、あれは周囲の温度に関係なく、風邪のひき始めはダラダラで、治りかけてくると粘性が増してズルズルになりますからね。　で、気体は液体の逆。…と覚えておけばいいんですが、気体と言うのはサラサラしてるんだか、ネバネバしてるんだかよく分からないところがあるので、今ひとつ実感は湧かないんですけどね。

　で、最後に動粘性係数です。いきなり動粘性と言われても、どうすんねん？…といった感じなんですが、アタマに “動” という言葉がついているので、何となく粘性係数に速度でも掛けたくなっちゃいますよね。　が、実際は密度で割るんだそうでありまして、どうしてここにいきなり密度が出てきるのか、理解に苦しむものがあります。が、そうと決まってしまった以上、そのまま覚えるしかないわけでありまして、どう（動）やねん（粘）、水戸（密度）でスイカ割り、せえへん？…って、水戸の海というのは関西人にとって憧れの的ですからね。

・ ベルヌーイの定理は、重力の場において、非圧縮性の完全流体の定常流の一つの流管について流体の運動を解析するために、最も多く用いられている定理である。これは流体の持っている運動エネルギー、重力による位置エネルギー及び圧力エネルギーの総和が、流線に沿って一定不変であることを示す流体に適用した［エネルギー保存則］である。　一方、連続の原理は液体に適用した［質量保存則］である。 ・ 液体の自由な表面では、液体液面を縮小しようとする性質を持っている。このため、液面は弾性膜のような作用をなし、表面に張力が働く。これを表面張力という。　［毛管現象］とは、液体中の細い管を垂直に入れると表面張力によって液面が管内を上昇または下降する現象をいう。 ・ 密閉した容器内の流体の一部に加えられた圧力は、液体の全ての部分に等しい大きさで伝達される。この圧力伝達の等方性を［パスカルの原理］という。

　まず最初のポイントとしてはですね、とにもかくにもベルヌーイの定理というのはエネルギー保存則であると。で、一方、連続の原理というのは質量保存則であると。この２つをごちゃ混ぜにして、ここが間違っとるやん。…ということを指摘させる問題が過去に出題されておりますので、混同しないようにしなければなりません。後者のほうは連続・原理主義者暗殺の罪は質・量ともに重い。…と覚えておいて、で、前者は、ひどい下痢、尿意我慢するのにエネルギーがいる。　いや、小便しようとして気を緩めた瞬間、大便のほうも漏れちゃうような気がするので、なかなか外で立ちションだけでも。…というわけにはいかないんですよね。そのため、尿意を我慢しなければならなくなって余計なエネルギーを消費することになるんですが、ベルヌーイ→ベルヌーイ→ベルヌーイ→ベルヌーイ→下痢尿意…って、ここのところがあまりにも強引ではあるんですけどね。

　で、続いては毛管現象です。湿球温度計にガーゼを巻いて、その端っこを水ツボにつけておくと次第に水が上がってくるのがこれなんだと思うんですが、そんな現象が起きるからすぐに水がなくなって、ガーゼがカピカピになるんや！…と思わずにはいられません。で、お菊人形の髪の毛が伸びるのもこれが原因じゃないか？…という気がするんですが、髪の毛が空気中の湿気を吸って膨張して、長くなっちゃうのではなかろうかと。　ま、それはそうと、この毛管現象が表面張力の仕業だったとは知りませんでした。豹メンチも買う？…って、いや、“豹メンチ＝表面張力”、“も買う＝毛管”ということで。豹メンチというのはアレです。豹の肉で作ったメンチカツのようなものだと思います。　で、最後はパスカルの定理です。学校の理科の授業で習いましたよね。密閉した容器内の流体の一部に加えられた圧力は、液体の全ての部分に等しい大きさで伝達される。…と、ここに書いてある通りの定理です。氷菓子の一種に “チューチュー” ちゅうのがありますが、あれを凍らせる前の液体の状態を頭に描いてください。あれは柔らかいビニールのチューブのようなものに密閉されていますよね。アレの頭のほうを指でつまんでヘコませてやると、容器全体が膨らんだ感じになるんですが、アレがパスカルの原理ちゅうやつなんでしょうな、多分。

・ 流れの状態が場所によって、時間とともに変化するような流れを［非定常流］といい、流れの状態が場所によってのみ定まり、時間には無関係であるような流れを［定常流］という。 ・ 完全流体とは［粘性］がなく、その中では圧力のみが存在するような流体をいう。

　これはまあ、書いてある通りです。前半はですね、布袋、上流階級の実感（時間）なし。…って、ま、七福神の中でも下層なイメージの強いキャラですからね。　で、後半は、年始（粘性）参りにも行かないとは、完全老体やね。…って、歳をとると外に出るのがおっくうになっちゃいますからね。

・ 空気の水に対する溶解度は、水温の上昇とともに［減少］する。 ・ 水の密度は、１気圧のとき、約［ ４ ］℃で最大になる。 ・ 水は非圧縮性流体と見なすことができる。

　えーと、まずは空気の溶解度。これはですね、水温が高くなると減少します。どうしてなのかと言うと、そういうものだからです。暑いとあまり妖怪（溶解）を食う気（空気）がしない。ま、暑いと食欲が減退しますからね。もっとも妖怪なんぞ、気温が低くてもあまり食う気はしませんけど。ネズミ男なんか食べたら、思いきり赤痢とかになりそうだしぃ。　で、続いては水の最大密度。４℃です。よんどころない事情で、水子をたくさん密葬。　で、最後に水は非圧縮性流体ということなんですが、これはまあ、前に出てきた “チューチュー” の凍ってないやつを考えればなんとなくわかりますよね。アタマのところを押してもちっとも圧縮されずに、全体がパンパンになりますもんね。ま、アレは純粋な水ではないんですが、ほとんどただの色の付いた水やないけ！…と思わずにはいられないチープさが魅力的です。

・ オリフィス流量計は、管路の途中にオリフィスを設け、その前後の管側壁に設けた小孔での［静圧の差］を求め、流量を算出するものである。 ・ ベンチュリー計は管路の途中に絞り部を設け、大口径部と小口径部の［静圧の差］を求め、流量を算出するものである。 ・ ピトー管は、管路の中に置いた二重管の先端に設けた小孔での［全圧］と、管側壁に設けた小孔での［静圧］との差を求め、流量を算出するものである。 ・ 三角せきは、水路の途中に堰を設け、堰を流れ落ちる［水面の高さ］を測って流量を算出するものである。

　文章だけ書かれても、ちっともピンとこないぢゃないか！…と文句を言われるかも知れませんが、いちいちスキャナで図を取り込むのは面倒ぢゃないか！…と逆ギレしておいて、ま、実際の試験問題にも図は出ておりませんので、これだけで何とかしなければならないわけですよね。　で、ベルヌーイの定理を利用した代表的な流量計が４つ。尾藤（ピトー管）と関（三角せき）、おりもの（オリフィス）と便（ベンチュリー）を便所に流す。汚物処理担当の尾藤クンと関クン、ご苦労様でございます。　で、測定原理のポイントとしてはですね、三角せきだけが水面の高さを測って、それ以外は圧力差から流量を求めるんだね。…ということなんですが、関クンの身長測定。…ということで、まずこれをクリア。残る圧力のほうは、静圧なのか、動圧なのか、全圧なのかというのがポイントなんですが、ここの言葉を変えておいて、間違っているのを選べと来るのが定番パターンですからね。で、動圧を測るというヤツはありませんので、この言葉が出てきた時点で、その設問は間違っていると判断していでしょう。オリフィスとベンチュリーは静圧を２箇所測って、その差を求めるんですね。おりものと便を制圧。汚物処理係の奮闘のおかげです。で、ピトー管は全圧と静圧の差。尾藤クン全盛時代。…って、やはり、汚物を制するものが世界を制す。…ということなんでしょうか？　いや、これでは関クンの立場がありませんが、身長を測っているうちに出遅れちゃったんでしょうな。惜しいことをしました。

・ 管摩擦係数と管内面の粗度の巻数であるカルマン・ニクラゼの式を基にした図表を［ムーディ線図］という。 ・ 管路における水の流れを弁を閉めて急に止めれば、水の運動エネルギーは圧力に変わり、管内に急激な圧力の上昇が起こる。この減少を［ウォーターハンマー］といい、一般に弁を急に閉めた時に生じる圧力上昇は［ジューコフスキー］の公式により求められる。

　次の用語の組み合わせのうち、関係のないものを選べ。「毛細管−接触角」「ムーディ線図−管摩擦係数」「ジューコフスキーの式−ウォーターハンマー」「ベルヌーイの定理−粘性係数」…という問題に対する解説がこれです。ちなみに関係のないものは「ベルヌーイの定理−粘性係数」ですな。下痢尿意と粘性って、下痢便の粘度にも関る話なので、何か関係がありそう？…という気がするんですが、ベルヌーイは粘性のない完全流体に適用される法則なので、粘性係数とは関わりがありません。　「毛細管−接触角」は前に出てきたからいいとして、ここで耳慣れない言葉はムーディ線図とジューコフスキーでありますな。それぞれ、管摩擦係数、ウォーターハンマーと関係があるというのだから、ムードのある乾布摩擦。太田ハマった、女子高生好き。…ということで。女子高生好きとジューコフスキー。かなり無理がありますけどね。

・ レイノルズ数は［管径］、および管内の［平均流速］に比例する。

　レイノルズ数の復習、もしくは補足問題。　ひえ〜（比例）、例のルーズギャルと急速（流速）に関係（管径）するとは。　無論、最初の 「ひぇ〜」 という叫びは、何て羨ましい！…という羨望の声ではなくて、何とまあ嘆かわしい。…という、非難の意味が込められております。ギャルは身持ちの固いのがいちばん。ルーズなのはいけません。

・ 流体が直管路を流れるとき、［粘性］のために流体摩擦が働き、運動をさまたげる抵抗となって圧力損失を生じる。この圧力損失の計算に用いられるのが［ダルシー・ワイスバッハ］の式であり、圧力損失は［平均流速の２乗に比例］することが知られている。

　ややこしい名前が登場しましたな。ダルシー・ワイスバッハですか。圧力損失の計算に使われるんですな。で、結論から言ってしまうと、圧力損失は平均流速の２乗に比例することになるんですが、問題はこの３つをどう結び付けるかですよね。あと、粘性という言葉も出ておりますが、ああん、ネバネバ、あっ、そんな〜（圧損）♪　彼氏は椅子馬鹿で、側道事情に、ひぇ〜♪…って、まったくどういう状況なのか読み取れませんな。

・ 円管の直管部の摩擦損失は［管長］および［動圧］に比例し、管の［内径］に反比例する。

　またしてもダルシー・ワイスバッハです。先ほどは設問の都合上、速度と圧力損失の関係のみ取り上げられておりましたが、他にも色んな要素が絡んでくるものだったんですな、彼氏は椅子馬鹿。　前問では圧力損失、今回は摩擦損失という言葉が使われていて何だか紛らわしいんですが、要は同じもので、どちらも損失なんだと思うんですけどね。　尊師、浣腸に、ひぇ〜♪…と、まずはオーソドックスに攻めておいて、尊師、ドーナッツに、ひぇ〜♪　泣いて（内径）、は〜ん、ひぇ〜♪…って、いちいち喧しい尊師でありますなぁ。

・ ウォーターハンマーを防止するには揚水管の横引きを、なるべく［低い］位置で行うのがよい。 ・ ウォーターハンマー防止器は、ウォーターハンマー発生の原因となる弁などのできるだけ［近く］に設ける。 ・ 高揚程の揚水ポンプの吐出側に設ける逆止弁は、［緩閉形］逆止弁などとする。 ・ 配管途中の弁を急閉した場合に生じる水撃圧は、弁閉鎖前の［流速］に比例する。

　ウォーターハンマーの防止法に関する記述でありますな。太田ハマり防止は、ヨーコの挽き肉低価格、便所は近くて、間寛平。　まーったくワケがわかりませんね。でもまあ、そういうものなんだから、このまま覚えるしかありません。さ、頑張りましょう。

　とまあそういうことで、今日のところはおしまい。あ、過去には流体に関する計算問題も出題されておりますが、ま、出ても１問だけですからね。公式の暗記に労力を費やすよりも、ここはきっぱりと諦めたほうが精神衛生上もよろしいのではなかろうかと。