こんばんは～
＊内容は僕が理解している内容なので、正確性は保証できませんm(_ _)mｺﾞﾒﾝ
突然ですが、飲み物を飲むとき、何か意識して飲んでいますか？
普段、特に意識していなかったら何の疑問も抱くことはないと思います。(水が飲めるのは当たり前ですからね)
僕は水の飲み方には2種類あると思います！
”コップで飲む”か”ストローで吸い上げる”です。
じゃあ、なぜ、そうすれば飲めるのか？
今回は流体について専門で勉強中の僕がこれまでに得た知識を使って考察していきます！
１）コップで飲むとき
この時、私達は位置エネルギー差と運動エネルギー差で飲んでいると言えます。
普段、僕らが水を飲むときは下図1のような感じですよね！
図1．水を飲む人
これを式(1)の高校時代の力学的エネルギーの式
を用いて考えると、コップを傾けることで位置エネルギーと運動エネルギーを与えます。それによって、水の入ったコップにエネルギーを与えたことになり、そのエネルギーを使って水は高いところから流れ始め、水が飲めているという事になります。
ここで、E：エネルギー[J]，m：質量[kg]，g：重力加速度[m/s^2]，v：速度[m/s]です。
ちなみに・・・
変態だけは位置エネルギーだけで高いところの水が飲めます！
図2みたいな人。
図2．位置エネルギーだけを使って水を飲む人
普通、コップをこんな垂直に傾けて水を飲む人はいないと思いますが、こうすれば、最初、コップに蓋をしてそれを瞬間的に引けば水には位置エネルギーだけが与えれたことになるので、位置エネルギーだけを使って飲んでいるって、言えません？
２）ストローで飲むとき
これはストローを吸います。
すると、大気圧よりも管内の圧力が下がます。
それによって、大気圧に押された水がストローの中を上がって、口に入るという原理です。
ここで、流体について勉強した方は気づいたかもしれません。
“Hey! It’s wrong.Not correct.”
と。
そうです。管の中を通る流体について力学的エネルギー保存則を適用する場合、圧力についても考慮した式(2)の”ベルヌーイの定理”というのを用いる必要があります。
ここで、ρ：流体の密度[kg/m^3]，v1：ストローに入る直前の流体の初速度[m/s]，P1：ストローに入る直前の流体にかかる圧力[Pa]，z1：ストローに入る直前の流体の位置[m]，v2：ストロー管内の流体の初速度[m/s]，P2：ストロー管内の流体にかかる圧力[Pa]，z2：ストロー管内の流体の位置[m]です。
＊この”ベルヌーイの定理”は流体力学の中で多分、一番重要な式です！
＊でも、粘性の無い”非粘性流体”でしか使えません。
後は1)のコップで水を飲むときと同じ理由からエネルギー差で水が飲めているという話になります。
いかがでしたでしょうか？
この説明で納得して下さったのであれば嬉しいです！
これからもちょくちょく、専門の内容を書いていこうと思います。
最後までお読みいただきありがとうございました。
✌
「未定」
