理科再び... ~身近な現象をイメージとして~

 必ずしも「正しい」例や引用とは言えませんが、春風堂がお話する「動作のイメージ」
の中に皆様が「理科」で学ばれたであろう?「現象」や「原理」等があります。

 勿論、科学(化学)は万能ではありませんし、その定義が決して正しいとは限りませ
んが、ブログをお読み頂く上で、今後の「参考」や「イメージ」としてお話致します。

 尚、以下は主に『ウィキペディア(Wikipedia)』から引用致します。

「張力」(ちょうりょく)

 張力という言葉は、一般には単に引っ張る力というような意味で用いられる言葉であ
るが、物理学においては、物体のある平面において、引っ張り合う応力として定義され
ている。

 ただし、力学の例題で扱われる滑車の問題等において、紐が物体を引っ張る力を張
力Tと表現するなど、物理学においても引っ張る力、特にひも状の物体に対して加わる
力の反作用としてひも状の物体がその力を及ぼしている物体に対して加える力の意味
で張力という言葉を用いることもある。

 なおベルト伝動装置、チェーン伝動装置などの巻掛け伝動のものにおいては確実な
動力の伝達のためには張力の管理が重要となる。

「表面張力」(ひょうめんちょうりょく)

 表面張力は、表面を出来るだけ小さくしようとする傾向を持つ液体の性質のことで、界
面張力の一種である。

 分子間力(液体の分子間に作用する力)により、分子がお互いを引き合って凝縮しよ
うとする。その結果、液体は表面積が少ない球形になろうとする。水滴やシャボン玉が
丸くなるのも、この原理によるものであると言える。

 液体内の分子は周りから引力で引かれているのに対して、表面上にある分子は液体
に触れていない部分だけ、液体分子の引力の影響を受けていない。その分だけ、表面
上にある分子は余ったエネルギーを持つことになり、これが表面張力の強さとなる。

 水銀は特にこの値が高く、水も多くの液体よりも高い部類に入る。

 表面張力は、温度が上がれば低くなる。これは温度が上がることで、分子の運動が
活発となるためである。また、不純物によっても影響を受ける。界面活性剤などの表面
を活性化させる物質によって、極端に表面張力を減らすことも可能である。
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「毛細管現象」(もうさいかんげんしょう)

 毛細管現象とは、細い管状物体の内側の液体が管の中を上昇(場合によっては下降)
する現象である。毛管現象とも呼ばれる。

 表面張力・壁面のぬれやすさ・液体の密度によって液体上昇の高さが決まり、液面は
縮まろうとする方向に力が加わっている。

 壁面付近の傾きをもった液面が縮まろうとすることによって結果的に水面を持ち上げる。
つまり、液体の上昇する力は壁面付近の表面張力の垂直成分に等しい。
 上記の力と持ち上げた液体の重さがつりあうまで液面は上昇する。液体の重さは密度
×体積(管断面積×高さ)で求まるが、細い管の場合はこの管断面積が微小となる。この
ため液面の上昇する高さは非常に大きいものとなる。

「パスカルの原理」

 パスカルの原理とは、一定の容器内部に液体を満たして、ある面に圧力をかけたとき、
重力の影響が無ければ、その内部のあらゆる部分に均等に圧力が加わるという原理。
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 たとえば、上図のようなU字型の管を用意して水を注ぐと2つの水面ができる。一
方の水面に押し下げるように圧力を加えると、もう一方の水面にも同等の圧力が加
わる。

 この例では水面を固定していないので、圧力にしたがって水面が押し上げられる。

 均等な圧力がかかることを応用して、小さな力を増幅する装置を作ることができる。
上図の装置で、左側の広い水面の面積は右側の水面の2倍であるとする。
 右側のピストンに大きさNの力を加えると、水面に圧力Pが及ぼされるとする。パス
カルの原理に従い、圧力は液体全体に均等にかかるので、左側の水面にも圧力Pが
かかる。
 ただし、左側の水面は2倍の広さなので、ピストンが受ける力(圧力×面積)も2倍
で2Nとなる。つまり右側のピストンに加えた力を2倍に増幅できたことになる。

応用例

 油圧ジャッキ - ジャッキの一種。大きな持ち上げ力を得られる。
 油圧ブレーキ - 自動車のブレーキの一種。ブレーキペダルを踏む力を増幅して
 車輪の回転を止める。

 私はこれを「呼吸法」の「腰腹同量」や「頭蓋仙骨療法(クレニオ)」等のイメージと
しています。

「力学的エネルギー保存則と運動量保存則」

 力学的エネルギー保存の法則はエネルギー保存則の一部であり、位置エネル
ギーと運動エネルギーの和は一定である。
 運動量保存の法則では完全弾性衝突以外の衝突の前後で物体の運動エネル
ギーは保存されない。
 これは衝突(非弾性衝突)の瞬間に運動エネルギーが音もしくは熱エネルギー
に変化したり、物体自体を変形させる仕事に消費されてしまうからであり、物体が
失ったエネルギーは外界に拡散することになる。

「作用・反作用の法則」

 これは、「ニュートンの運動の第3法則」とも呼ばれています。

 ・作用、反作用は、作用線という一直線上で働きます。
 ・作用と反作用の大きさ(絶対値)は、等しくなります。
 ・作用と反作用の向き(方向)は逆です。
 ・作用、反作用は同時に相互に作用し、片方だけが一方的に力を及ぼすということ
  ありません。

 【正しい例】

  ○ 大砲を発射すると反動で砲台は後ろに下がる。これは砲弾を発射した反作
     用によるものです。

  ○ 質量が同じ鉄球A、Bがある。静止している鉄球Aに移動して来た鉄球Bが
     衝突したら、作用により鉄球Aは、「元の鉄球Bの移動速度」で移動し始め
     、鉄球Bは、元の運動が反作用で打ち消されて衝突した場所に静止しま
     す。

  ○ 杙に結ばれたロープを人が1kg重の力で引く時、人は、1kg重の力で引っ
     張っており、同時に杙は-1kg重の力で引っ張られています。

 【間違った例】
 
  × 壁を手で押しても動かないが、これは壁が反作用で手を押し返してその力
     がつり合っているから動かない。

  × Aさんは荷物を1kg重の力で引くと荷物は、-1kg重の力で引き返す。よ
     って、ひもには、2kg重の張力が働く。

  × 物体Aが物体Bに作用する場合、物体Aが物体Bに作用を与えているのだ
     が、物体Bから見ると作用と反対の大きさの力で反作用を与えているとい
     う見方もできる。

  × 2kgの荷物がある時、手で2kg重の力で持ち上げようとしても、反作用で
     打ち消されてしまうため2kg重より強い力で引かないと持ち上がらない。

 もしも反作用がなかったら?

 もし、一方的に作用だけを与え、反作用を受けないとしたらどうなのでしょうか?

 荷物を持っても重さを感じず、何かを押しても自分は踏ん張る必要もなければ
、反動を受けることもなく(手応えがなく)雲をつかむような世界になってしまいます。

 コチラは面白いビジュアル解説です→「作用と反作用」
                       →「運動の法則」

 ↑以上、他にも色々あると思いますが、ご自身の身の回りでこんなイメージや現象を
発見、観察してみて、後、運動・呼吸されても面白いかもしれません。
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by cute-qp | 2008-12-07 00:00 | 温故知新