流体の定義と例

液体 せん断 (接線応力) の下で流動または連続的に変形する材料です。つまり、流体のせん断弾性率はゼロです。

液体、気体、プラズマは流体です。ただし、一部の固体は流体としても機能します。たとえば、ピッチは（非常に）ゆっくりと流れる高粘度の固体です。 Silly Putty は流れますが、突然の力で固まります。通常、固体はそうではありません 流体は接線応力に抵抗し、静的平衡に達する前の点までしか変形しないためです。

生物学では、体液の定義には物理科学の定義が含まれますが、血液、血漿、尿などの体液も指します。生理食塩水やジュースなど、体液の代わりに与えられる液体も、この文脈では液体です。

理想流体と実際の流体

理想的な流体は非圧縮性で、粘性がありません。つまり、密度が一定で、層間の内部摩擦がありません。理想的な流体は乱流なしで流れます。実際の流体は、ある程度の粘性と圧縮性を持つ流体です。理想的な流体は想像上の流体です — すべての実際の流体は実際の流体です.

流体の例

名前を付けることができる液体、気体、またはプラズマは、流体の例です。固体に見える一部の素材は流体でもあります。

• 水
• 空気
• 血
• ハニー
• ミルク
• オイル
• シャンプー
• マーキュリー
• ガソリン
• コーヒー
• ヘリウム
• 流砂
• ウーブレック
• マヨネーズ

流体の特性

流体には 2 つの主要なプロパティが表示されます:

• 流体は流れ、容器の形をとります。必ずしもコンテナの容積を満たすとは限らないことに注意してください。
• 流体は永久変形に抵抗します。水を突いたり、空気を乱したりすると、置いた場所にとどまりません。

液体の種類

流体を分類する 2 つの方法は、粘度と圧縮率によるものです。

• ニュートン流体 – ニュートン流体は、ニュートンの粘性法則に従う流体です。これは、応力が歪みに正比例する粘性流体です。最も身近な液体と気体はニュートン流体です。
• 非ニュートン流体 – 非ニュートン流体は、ニュートンの粘性法則に従いません。応力はひずみに正比例しないため、粘度は一定ではありません。非ニュートン流体の例には、ウーブレック、ケチャップ、ヨーグルトなどがあります。これらの液体に力や応力を加えると、粘度が変化します。
• 圧縮性流体 – 圧縮性流体とは、圧力下で体積が減少したり、密度が変化したりする流体です。ガスとプラズマは圧縮可能な流体です。
• 非圧縮性流体 – 非圧縮性流体は、圧力または流速の変化に応じてその体積を変化させません。ほとんどの場合、油や水などの液体は非圧縮性流体です。ただし、完全に圧縮できないわけではありません。十分な圧力がかかると、実際の液体はわずかに圧縮されます。

超流動

超流動は、流動時に運動エネルギーが失われないように、粘度がゼロの特別なタイプの流体です。興味深い結果は、超流動体が容器の壁をよじ登る、つまり「忍び寄る」ことです。液体のヘリウム 3 とヘリウム 4 は超流動体の例です。一部のボーズ・アインシュタイン凝縮体と極低温原子ガスは超流動性を示します。

自分でクイズ

流体とは何か理解できていると思いますか？次の記述のうち、流体の定義はどれですか?流体は…

• 容器の容積を満たす物質
• 液体状態の物質
• 圧力がかかるために流れる物質
• 通常の応力下で変形する物質
• せん断応力または接線応力によって連続的に変形する物質

最初の 4 つの定義は正しくありません。

• 第一に、流体は常に容器を満たすとは限りません。水は液体ですが、バケツに 1 杯の水を注いでも、膨張して容器を満たすことはありません。
• 液体は液体だけではありません。気体、プラズマ、一部の固体は流体です。
• 圧力 (法線力) は、必ずしも流体の流れを引き起こす力ではありません。たとえば、大気圧にさらされている宇宙ステーションに水球がある場合、その球はそこにとどまります。
• 通常の応力下で変形する流体もあれば、変形しない流体もあります。ガスは垂直応力下で変形します。液体は通常そうではありません。

最終的な定義は正しいものです。流体はせん断応力下で連続的に変形します。重要なポイントは、変形が連続的であること、加えられる応力が接線方向またはせん断方向であることです。

参考文献

• ベルデュギン、A.I.; Xu, S. G. (2019-04-12). F. M. D. ペレグリノ、R. クリシュナ クマール、A. プリンシピ、I. トーレ、M. ベン シャローム、T. 谷口、K. ワタナベ、I. V. グリゴリエバ、M. ポリーニ、A. K. ゲイム、D. A. バンドゥリン。 「グラフェンの電子流体のホール粘度の測定」。 科学 . 364 (6436):162–165. doi:10.1126/science.aau0685
• ハラトニコフ、アイザック M. (2018). 超流動理論の紹介 . CRCプレス。 ISBN 978-0-42-997144-0.
• セイヤー、アン (2000). 「それは何ですか？愚かなパテ」。 C&EN (Chemical &Engineering News) .アメリカ化学会。 78 (48):27.
• ホワイト、フランク M. (2011)。 流体力学 （第7版）。マグロウヒル。 ISBN 978-0-07-352934-9。