粘性が無視できる完全流体で、その密度が流れに沿って変化せず(水はこの典型である)、かつ定常的に流れている場合、流線に沿って関係式
H=p+(1/2)ρv2+ρΩ
が成り立つという定理。スイスのD・ベルヌーイが1738年に発表した。ここに、pは静圧、ρは流体の密度、vは流速である。Ωは、流体に働く力Fのポテンシャルである。地球上の重力の場合、ΩはΩ=gzと表される。gは重力加速度、zはある基準点から測った流体の高さを示す。ベルヌーイの定理は運動方程式を積分して得られるもので、流線上で流体のエネルギーHが保存されることを示している。Hの右辺第1項は圧力によって蓄えられる内部エネルギー、第2項は運動エネルギー、第3項は位置エネルギーを表している。ベルヌーイの定理は、いろいろな流体現象の説明や、流量や流速の測定器に応用されている。
ベルヌーイの定理は、より一般的な流体について拡張される。流体の密度ρが圧力pの関数で表される場合は、
を用いてH=+(1/2)v2+Ωが一定となる(バロトロピー流という)。また、流れが定常的ではないが渦なしの場合、流れの速度vは速度ポテンシャルΦで表される。この場合、
は渦なしの流れ全領域にわたって保存される。これを圧力方程式または一般化したベルヌーイの定理という。
[池内 了]
定常で粘性を無視できる流れの中での圧力,流速(運動エネルギー),位置エネルギーの間の関係を表す定理。その原型はD.ベルヌーイによって1738年に提出された。流体の流速をq=|v|,密度をρ,圧力をp,重力の加速度をg,ある任意の水平面からの高さをzとすれば,密度ρが一定という条件の下に,一つの流線に沿って,が一定というものである。この定理はρがpの1価関数(バロトロピック流体)で,外力がポテンシャルΩをもつ保存力であるときにも一般化され,が流線に沿って,また渦分布があるときには渦線に沿っても一定となる。ここで,は圧力関数と呼ばれ,密度一定の流れではp/ρ,等エントロピーの流れではエンタルピーとなる。また流線と渦線で作られ,そのうえでHが一定である面はベルヌーイ面と呼ばれる。Hの値は一般には流線ごとに異なるが,渦のない定常流ではいたるところでHが一定であり,また,非定常流でも渦なしで速度ポテンシャルΦ(こう配gradΦが速度vを与える)が存在すれば,圧力方程式(一般化されたベルヌーイの定理ともいう)が流れのいたるところで成立する(f(t)は時間tの任意関数)。
ベルヌーイの定理は,いわば圧力のなす仕事をとり入れた,単位質量の流体のエネルギー保存則であり,粘性のない完全流体に対してのみ成立するものである。粘性の影響の小さい流れでは近似的に成立するが,一般には粘性散逸によって流線に沿ってHの損失があることや,側壁からの加熱などの影響をとり入れて実用に供することができる。
執筆者:橋本 英典
出典 株式会社平凡社「改訂新版 世界大百科事典」改訂新版 世界大百科事典について 情報
出典 ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典について 情報
出典 株式会社平凡社百科事典マイペディアについて 情報
非圧縮性で粘性のない理想流体に対して,一つの流管の任意の2断面における,エネルギー保存則を示した関係式をいう.一般に,流管中の任意断面での流速u,重力換算係数 gc,重力加速度g,基準面からの高さz,圧力p,流体密度ρとすると,
となる.これがベルヌーイの定理で,第1項を速度ヘッド,第2項を位置ヘッド,第3項を圧力ヘッドという.
出典 森北出版「化学辞典(第2版)」化学辞典 第2版について 情報
出典 パラグライダー用語辞典について 情報
10/29 小学館の図鑑NEO[新版]動物を追加
10/22 デジタル大辞泉を更新
10/22 デジタル大辞泉プラスを更新
10/1 共同通信ニュース用語解説を追加
9/20 日本大百科全書(ニッポニカ)を更新