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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

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。

圧力水頭の求め方は?1分でわかる求め方、水圧との関係、圧力の単位

水頭とは? 【近日公開予定】

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。


図 圧力水頭とホースの水


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。

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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。


圧力水頭の求め方 計算式


Hは圧力水頭、pは圧力(kN/u)、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。

圧力水頭の求め方は?1分でわかる求め方、水圧との関係、圧力の単位

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。


図 圧力水頭の計算


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/uに換算してくださいね。


圧力水頭=50kN/u÷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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