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圧力水頭とは？1分でわかる意味、公式と求め方、計算、圧力エネルギーとベルヌーイの定理
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圧力水頭（あつりょくすいとう）とは、水深に比例する静水圧に相当する「水頭」です。単に水頭（すいとう）とも言います。圧力水頭の値は、圧力を水の単位体積重量で割って求めます。今回は圧力水頭の意味、公式と求め方、計算、圧力エネルギーとベルヌーイの定理について説明します。圧力水頭の求め方、水頭の詳細は下記が参考になります。
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圧力水頭とは？
圧力水頭（あつりょくすいとう）とは、水深に比例する静水圧に相当する「水頭」です。単に水頭（すいとう）ともいいます。圧力水頭は、圧力を水の単位体積重量で割って求めます。
静水圧は水深に比例します。よって水深が深くなるほど静水圧は大きくなるのです。圧力水頭は静水圧に相当する水頭ですから、圧力水頭の値が大きいほど「水深の大きな静水圧に相当する」圧力が作用しています。
また圧力水頭を簡単に言うと、水による圧力（水による圧力に換算した圧力）を高さで表した値です。ホースを上向きにして水を出します。すると、水の勢いを強くしないとホースから水は出ません。
圧力が大きいほど、水は高い位置に上がります。つまり、
・水頭が高い＝圧力が大きい
・水頭が低い＝圧力が小さい
といえます。つまり圧力水頭とは、圧力の値を水の高さで表したものです。
圧力水頭の公式と求め方
圧力水頭の公式と求め方を下記に示します。
Hは圧力水頭、ｐは圧力(kN/㎡)、ρは水の密度（1.0g/cm3）、ｇは重力加速度（9.8m/s2）です。上記のように、簡単な計算式で圧力水頭は算定できます。圧力水頭の求め方は下記が参考になります。
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圧力水頭の計算
実際に圧力水頭を計算しましょう。下図のように、ある平面に50kpaの圧力が作用しています。圧力水頭を計算してください。なお重力加速度は10m/s2とします。
公式を使えば簡単ですね。※圧力の単位に注意しましょう。kN/㎡に換算してくださいね。
圧力水頭＝50kN/㎡÷10＝5.0m
です。つまり作用する圧力は、水深5.0ｍでの静水圧に相当する、ということです。
圧力水頭と圧力エネルギー、ベルヌーイの定理
エネルギー保存の法則を流体に当てはめて考えたものが、ベルヌーイの定理です。水理学におけるベルヌーイの定理は、
水路のあらゆる部分で全水頭は等しい
という定理です。全水頭とは
・位置水頭
・速度水頭
・圧力水頭
を足し算した値です。なお圧力がなす仕事量を圧力エネルギーといいます。
まとめ
今回は圧力水頭について説明しました。意味が理解頂けたと思います。水頭は、水の圧力の大きさを水の高さで表したものです。そう考えると簡単ですね。ホースから水を出すとき、水の強弱によりホース内の水の高さがどう変わるか考えてみましょう。下記も参考になります。
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- 2010～2017年 国立大学大学院修了
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