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自由水面とは?1分でわかる意味、開水路、管水路、大気圧、径深との関係

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自由水面(じゆうすいめん)とは、大気圧を受ける水面のことです。私たちは普段、池や湖の水面をみています。これらは自由水面です。単に水面ともいいます。自由水面をもつ水路を開水路(かいすいろ)といいます。逆に、管状の水路(周囲が壁で閉じている)で水が充満して流れるものが管水路(かんすいろ)です。今回は自由水面の意味、開水路、大気圧、径深との関係について説明します。大気圧、開水路、管水路の詳細は下記が参考になります。

大気圧とは?1分でわかる意味、計算、値、単位、kpa、Mpaの表し方

開水路とは?1分でわかる意味、マニング式、等流、径深の求め方

管水路とは?1分でわかる意味、損失水頭、流量、流速との関係

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自由水面とは?大気圧との関係

自由水面(じゆうすいめん)とは、大気圧を受ける水面です。下図をみてください。これが自由水面です。


図 自由水面


単に「水面」ともいいます。地球上のあらゆるモノには重力が作用しています。一見、重さが無いように思える「空気」にも重力は作用しています。大気圧とは重力による「空気の重さ」です。大気圧の詳細は下記をご覧ください。

大気圧とは?1分でわかる意味、計算、値、単位、kpa、Mpaの表し方


一方、水は横方向の力に対する抵抗力が全くありません。よって、下図のように静止する水の水面は、大気圧の作用により重力に対して垂直な方向(水平方向)になります。


図 自由水面と水平、大気圧


本当にそうなるか試してください。コップに水を注いで静止するのを待ちます水の表面は横方向にまっすぐ(水平)になるはずです。


図 自由水面とコップの水


もし水に横方向の抵抗性(粘性)がある場合、大気圧を受ける面は全てが均一な高さにはならないでしょう。


図 自由水面と粘性、大気圧

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自由水面と開水路、管水路、径深との関係

水路には


開水路(かいすいろ)

管水路(かんすいろ)


の2種類があります。開水路とは、下図のように自由水面を持つ水路です。水の流れは重力の作用によって決まります。当然、高いところから低いところへ水は流れます。


図 開水路


開水路の詳細は下記が参考になります。

開水路とは?1分でわかる意味、マニング式、等流、径深の求め方


また開水路の平均流速、径深、潤辺など下記も勉強しましょう。

平均流速とは?1分でわかる意味、求め方、単位、流速との関係

径深とは?1分でわかる意味、求め方、公式、単位、水深との違い

潤辺とは?1分でわかる意味、台形水路、円形の潤辺の求め方、径深との関係


一方、管水路とは自由水面を持たない水路です。下図のような管状の水路で、中には水が充満しています。身近な例でいうと「ホース」は管水路の特徴があります。管水路の場合、水の流れは「圧力の大きさ⇒小さい」所に流れます。


管水路の詳細は下記が参考になります。

管水路とは?1分でわかる意味、損失水頭、流量、流速との関係

まとめ

今回は自由水面について説明しました。意味が理解頂けたと思います。自由水面は、大気圧を受ける水面です。単に水面ともいいます。静止する水は大気圧により、水平な面をつくります。コップに水を入れて確認しましょう。また自由水面を持つ水路が開水路です。開水路、管水路の特徴も勉強しましょう。下記が参考になります。

開水路とは?1分でわかる意味、マニング式、等流、径深の求め方

管水路とは?1分でわかる意味、損失水頭、流量、流速との関係

大気圧とは?1分でわかる意味、計算、値、単位、kpa、Mpaの表し方

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