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2022/6 Vol.125

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やさしい流体力学

第6回 運動量法則

6.1 検査体積と検査面

運動している流体の単位時間当たりの運動量変化と流体に作用する力の関係はニュートンの運動の第2法則によって「(流体の単位時間当たりの運動量変化)$=$(流体に作用する力)」と記述される.質点や剛体と異なり流体は自由に形を変えるため,運動の法則を流体運動に適した形で表す必要がある.図6-1に示すような,十分広い空間の中にある物体周りの定常流を考える.物体は流れている流体から力を受けており,流体は物体から反力を受けている.流体に運動の法則を適用するため流れの中に閉じた領域を取り,その中にある流体の運動量の時間変化と流体に働く力を考える.このように解析の対象としたい流体を囲む閉じた領域を「検査体積」と呼び,検査体積と外側の境界を「検査面」と呼ぶ.図6-1に時刻 $t$ と時刻 $t+\Delta t$ の検査面をそれぞれ実線と破線で示す.時刻 $t+\Delta t$ の検査面は時刻 $t$ の検査面と同じ流体を囲むようにとる.
図6-1 物体周り流れに設定した検査面(実線:時刻 $t$,破線:時刻 $t+\Delta t$)

6.2 検査面を通じた検査体積内にある流体の運動量変化

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