クエリ: アメンボが水の上をすべることができるのはこの力を利用しているからである、液体がその表面積をできるだけ小さく保とうとする力を何というでしょう?
文章: アメンボ 表面張力は、雌が雄を背に乗せても沈まない程度に強い。中脚の運動で推進し、後脚で方向を定めて、水面を滑走する。全て肉食で、水面に獲物となる小動物や死骸が落ちると、すばやく接近して前脚で捕獲し、針のように尖った口器を突き刺して消化液を注ぎ込み、溶けて液状になった体組織を吸汁する(体外消化)。一部のアメンボには前脚の受容器によって水面に落ちた昆虫類を波で察知する能力がある。また、波をなわばり、餌の防衛、求愛行動、個体間の距離の維持などコミュニケーションに利用している。
文章: 浸透 浸透(しんとう)とは、 一般的には、物体の隙間をすり抜けて液体が通過したり、内側に入り込むこと。 軍事に関する用語としては、敵の警戒網をすり抜けて部隊を侵入させること(浸透作戦)を指すが、ここでは主に1.について取り扱う。 溶質の濃度が高い液体と濃度が低い液体が半透膜を隔てている場合、濃度の低い液体から濃度の高い液体へと自然に溶媒が移動し、濃度を同等に保とうとする。この現象では溶媒が動くためにエネルギーが発生している。このエネルギーを浸透圧といい、濃度の差を保つために必要な分の力が浸透圧の力量である。 また、半透膜に溶剤の多く混ざった液体を浸透圧以上の圧力をかけながら通すことで溶媒に溶け込んだ高分子物質のような物体の一部を除くことも出来る。 細胞膜など多くの生物の多くがこの浸透を利用して生きている。一般に、これらの膜は糖類などのような巨大な分子構造を持っている分子は通さない。 また、これに似た現象をも浸透と呼ぶ。思想が受け入れられることを浸透と呼ぶこともある。 文章: 液体 液体は気体に比べて熱伝導率が高く、また流動性があるため、機械部品の余分な熱を奪うという用途に適している。ラジエターのような熱交換器に液体を通して熱を除去したり、液体を蒸発させて気化熱を奪うことで冷却することもある。エンジンの冷却には水やグリコールが冷却剤として使われている。原子炉の冷却剤としては、水の他にナトリウムやビスマスといった液体金属も使われている。ロケットの燃焼室を冷却するのに液体推進剤を使ったフィルム冷却が行われている。機械加工では摩擦熱などの余分な熱が加工対象と道具の両方を劣化させるため、水や油を使って冷却する。人間の場合も、汗を蒸発させることで余分な熱を除去している。空調の分野では、水などの液体を使ってある場所から別の場所へ熱を移動させる。 液体は流体であるが、気体と比較すると圧縮性が非常に小さい。これを固体の容器に閉じこめた場合、気体の場合とはやや異なったものが出来る。柔らかい容器に入った液体は、体積は変わらないが変形はするため、気体の場合よりはしっかりとした手応えの衝撃吸収素材となる。ウォーターベッドはこれを利用している。また、内部の容積が変わらないような素材で出来た管に液体を閉じこめた場合、パスカルの原理に従って片方からかかった圧力がもう片方へ直接に伝わる。油圧系はこれを利用している。ポンプや水車のような装置は古代から液体の動きを仕事に変換するのに使われてきた。油圧系ではポンプで油に圧力をかけて押し出し、その力を圧力モーターで動力に変換する。油圧系には様々な用途があり、ブレーキ、トランスミッション、建設機械、航空機の制御系などに使われている。液圧式プレス機械は様々な加工や修理に使われている。 液体は計測装置にも使われることがある。温度計は液体の熱膨張と流動性を利用することが多く、水銀などが使われている。マノメーターは液体の重さを使って圧力を測定する。 文章: 舵 翼から空気の流れが剥がれ渦が生じて、失速する現象をストールという。また、舵面から水の流れが剥がれて真空の泡が生じて、剥離する現象をキャビテーションという。圧縮性流体と非圧縮性流体の差異によるもので、いずれも有害である。 舵によって生み出される横方向の力は船全体の質量に比べて小さいために、効果的に船体に回転力を与えるためには、できるだけ船体の重心から遠い位置にする方が良い。船体へ働く回転力は「回転モーメント」と呼ばれ、回転の中心となる重心位置からの距離(=モーメントレバー) × 舵の生み出す横方向の力(=揚力)で求められる。このためもあって、舵は船の最後部付近に位置している。 文章: 液体 液体は気体と同様に流体としての特性を示す。液体は容器に合わせて形状を変化させ、水密な容器ならばかけられた圧力が容器内の全ての表面に均等にかかる。分子が引力を及ぼしあっている状態なので、体積は固体とさほど変わらず、気体のように圧力で大きく変化することはない。気体と異なり、複数の液体がすぐに混ざり合うわけではなく、容器内全体に広がることもなく、それ自身の表面(水面)を形成する。このような特性を応用して油圧(液圧)システムが生まれた。 液体の量は一般に体積あるいは容積で計測される。単位としてはSI単位の立方メートル (m) やその分量単位である1立方デシメートル、すなわち1リットル (1 dm = 1 L = 0.001 m)、立方センチメートル、すなわちミリリットル (1 cm = 1 mL = 0.001 L = 10 m) などがある。 液体の体積は温度と圧力によって決まる。一般に熱すると膨張し、冷却すると収縮する。ただし、0 °C から 4 °C の間の水は例外である。 文章: 地下水 反対に被圧地下水の流れは遅く、ほとんど停滞しているものもある。地下水の流速を求めるには、1856年にフランス人技術者、アンリ・ダルシー(1803-1858)が発見したダルシーの法則が用いられる。透水係数と動水勾配はその地層の地質構造に左右されるが、地質構造を明らかとするには実際に現地で調査を行うほかない。そのため、地下水の実態把握には、現地調査が重要である。その調査方法としては、井戸やボーリング孔を掘って地中を調べる方法、地中に電流を通して電気伝導率を調べる方法、pH、水温、弾性波で調べる方法などがあるが、最も効果を上げているのが、地下水に含まれる水素の同位体であるトリチウムを測定して調査する方法である。この同位体測定法により、実際の地下水の流速や流動方向などが、地域によってはかなり詳細に判明することもある。地中を観察すると、砂や土の粒子の間隙に水が浸透している。 文章: ハビタブルゾーン 潮汐加熱や放射性崩壊などの他のエネルギー源によって維持されたり、大気以外の理由で気圧が加圧されたりすれば、自由浮遊惑星や太陽系外衛星であっても液体の水が存在する可能性がある。液体の水は束一的性質が異なるため、例えば地球上の海水中に含まれる塩化ナトリウム、火星の赤道上の塩化物や硫酸塩、そしてアンモニアの溶液としてより広範囲の圧力下と温度下で存在できる。また代わりの生化学に基づいて、仮想上の生命体にとって有利な、水以外の溶媒が液体の形態で存在し得る広義的なハビタブルゾーンも提案されている。 文章: エウロパ (衛星) エウロパの軌道離心率は非常に小さいがゼロではなく、他のガリレオ衛星、主にイオからの重力的な擾乱によってこの値が維持されている。軌道離心率が完全にゼロではない影響で、エウロパの木星直下点は平均位置のまわりでわずかに振動する。また軌道離心率がゼロではないため、軌道を一周する間にエウロパと木星との距離は変化する。エウロパが木星にわずかに近付くと木星からの重力が強くなり、潮汐力によってエウロパは木星の方向とその逆方向の向きに引き伸ばされる。エウロパが木星からわずかに遠ざかると、木星からの重力が弱くなり潮汐力も弱まるため、球に近い形状に緩和しようとする。この変化によって内部海に潮汐が発生する。この潮汐によってエウロパの内部が揉まれて熱が発生し、内部海を液体の状態に保つことを可能とし、地下での地質学的な活動が継続的に駆動されている。軌道離心率は主にイオとの平均運動共鳴によって継続的に維持されているため、潮汐によって継続的に加熱され続けることができる。この加熱のエネルギーの究極的な起源は木星の自転であり、イオが木星に誘起する潮汐を介して木星の自転のエネルギーがイオに輸送され、さらにイオとの軌道共鳴を介してエネルギーがエウロパとガニメデにも輸送される。 エウロパの表面を走る独特の亀裂の分析から、過去のある段階ではエウロパは自転軸が傾いた状態で自転していた可能性があるという結果が得られている。もしこれが正しければ、エウロパ表面に見られる様々な特徴を説明することができる。エウロパの表面を縦横に走る亀裂のネットワークは、全球的な海洋における強い潮汐によって地殻に引き起こされた応力の記録として用いることができる。例えば、潮汐によって地殻に大きな応力がかかった場合、亀裂が発生する。エウロパの凍った地殻にどのような応力の履歴が記録されているか、内部海の潮汐によってどれだけの熱が生み出されているか、そして海がどれくらいの期間に渡って液体であったのかの計算は、エウロパの自転軸の傾きに依存する。エウロパの自転軸の傾きは、エウロパ表面の亀裂がこれまでに考えられていたよりも遥かに新しい時期に形成された可能性があることを示唆している。これは、過去の自転軸の向く方向は一日に数度程度変化し、歳差運動の周期は数ヶ月程度になりうると推定されたことが理由である。自転軸の傾斜はエウロパの海の年齢推定にも影響を及ぼしうる。潮汐力は内部の熱源となりエウロパの海を液体に保つことができるが、自転軸の傾斜が存在すると潮汐力によってさらなる熱が生み出される。このようなさらなる加熱は液体の海をより長い時間存在することを可能にする。ただし、この仮説上の自転軸の変化がいつ発生したのかは分かっていない。 文章: アルキメデスの原理 物体が受ける浮力の大きさや向きは、水の中に物体の一部を沈めて静止させた状態で説明することができる。このとき、物体周囲の水は物体との境界面の各部に対し垂直な力を及ぼす。この静水圧を方向まで考えて上記境界面について総和したものが浮力である。アルキメデスの原理は、この浮力が、物体が沈むことによって水を押しのけている領域における水の質量が及ぼす重力と同じ大きさ、向きが上向き(重力の向きと正反対)と述べている。このようになる理由は、物体により水が押しのけられた領域(周囲の水のつくる水面より下の物体の一部)のみをちょうど置換する水が存在すると仮定すれば理解できる。この仮定において、物体の水面下部分を置換している水と周囲の水とを合せてみた水は、平らな一つの水面を持つ静止した水である。ここで、周囲の水が上記境界面に及ぼす水圧は、その水圧を及ぼしている対象物が、上記物体であるか、上記仮定のように置換された水であるかの区別なく、対応する境界面の各位置でまったく同一である。このため、水圧を及ぼす対象が上記物体である場合における境界面各位置における水圧は、上記仮定で物体の水面下部分を置換している水が受けている水圧と変らない。上記仮定では、物体の水面下部分を置換している水は周囲の水に支えられて同一の水面となっているから、物体に対する浮力(水圧の総和)も、押しのけている分だけの水の質量による重力に見合った(釣り合う)だけの値と向きとなる。 アルキメデスの原理やこの議論は、いずれも、物体の全体を水に沈める場合にも当てはまり、やはり、物体周囲の水は、物体が押しのけた水の質量見合い分の浮力を当該物体に上向きに作用させることとなる。 なお、物体が軽い(水よりも、平均密度が小さい)場合、物体の質量と押しのけられた水の質量が同じになった位置で物体は沈むのを止める(浮く)。物体の質量分の浮力が得られていれば浮力と質量による重力とが釣り合い、それ以上物体は沈まなくなるのである。逆に物体が重い(水よりも、平均密度が大きい)場合、水中に物体が没する。 文章: 土壌 ローム土の鉱物組成は、たとえば質量比が砂40%、シルト40%、粘土20%である。土性は土の性質、特に栄養分を保持する性質(たとえば陽イオン交換容量) と水移動に関する性質に影響を与える。砂とシルトは母岩の物理的および化学的な侵食によって形成され、粘土は母岩が降雨に溶解して生成された二次鉱物であることが多く、雲母の風化によるものもある。土粒子の比表面積と土粒子表面イオンの電荷は土壌肥沃度にとって重要なはたらきを持ち、陽イオン交換容量として測定される。砂は比表面積が最も小さく陽イオン交換容量が小さい。シルトはその次に小さく、粘土が最も陽イオン交換容量が大きい。土壌にとって砂の最も大きな役割は、締め固めに対する耐久力が大きく、土壌の間隙率を大きくしていることである。 文章: 原形質分離 原形質分離が起こっているとき、植物体を外側から見ると、しおれている状態である。柔らかいものでは、その形を保てずにしなびてしまう。これは、細胞壁そのものが力学的な強度を持って植物体を支えてはいるが、細胞質がそれを内部から圧迫することがそれを大きく補強しているからである。 通常の状態では、細胞質は細胞壁の内部に充満しているだけでなく、それを内部から押して圧力をかけている。植物は光合成など常に水を必要としているから、細胞質は外界よりも浸透圧が高い状態を保っており、水は中に入ってこようとする。しかし細胞壁は変形しにくいから、それを押し返すので、この力は膨圧として細胞壁を内部から支える力として働いている。つまり外界と細胞質の浸透圧の差が水の入ろうとする力で、膨圧はそれを押し返す力として働き、両者の差が実際の吸水力である。つまり、高張液に入れると細胞の吸水力は上がり、低張液に入れて、各細胞が緊張した状態を保ったときは、吸水力は下がるということが言える。 文章: 流体 これは、各「点」を十分に小さいが多数の分子を含む領域と考え、諸量はこの領域での平均量として定義することで実現できる。連続体モデルは、不連続に変化する量を連続的に変化するとみなす近似である。クヌーセン数 Kn(分子の平均自由行程長と、考えている物理問題に現れる特徴的な長さスケールとの比)が1より十分小さければ(たとえば Kn < 1/5 ならば)、近似の精度は十分に高く、実在流体を連続体とみなしてよい。通常のモデルの流体は多くの分子で構成される連続した物質として捉えられるが、分子数が極めて少ない場合には個々の分子運動の性質に大きく影響されるものであり希薄流体力学という分野で扱われる。 文章: 空気浮上 空気という流体を利用して浮上する特性上、摩擦による摩耗を抑えることが可能である。そのため、空気軸受等、高速回転を利用する分野などに使用される。 文章: レナード効果 レナード効果(レナードこうか、Lenard effect)は、水が急激に微粒化されると、大きい水粒子は正に帯電して落下し、小さい水粒子は負に帯電して周りの空気を負に帯電させる現象。レーナルト効果ともいう。フィリップ・レーナルトによってこの現象が物理学的に説明された。日本語ではLenardの英語読みからレナード効果と記述されることが多い。 大気電気学では局所的な電離作用の一つ、静電気学では噴霧帯電あるいは分裂帯電と考えられている。 文章: ムペンバ効果 ムペンバ効果(ムペンバこうか、英: Mpemba effect)は、特定の状況下では高温の水の方が低温の水よりも短時間で凍ることがあるという物理学上の主張である。必ず短時間で凍るわけではないとされている。 1963年に、タンザニアの中学生エラスト・B・ムペンバ(英語版) (Erasto B. Mpemba) が発見したとされるが、古くはアリストテレスやフランシス・ベーコン、ルネ・デカルトなど近世の科学者が既に発見していた可能性がある。 科学雑誌「ニュー・サイエンティスト」はこの現象を確認したい場合、効果が最大化されるよう摂氏35度の水と摂氏5度の水で実験を行うことを推奨している。 文章: 有効応力 応力そのものの概念によく似ているが、この式は土塊に作用する力の視覚化を容易にするための構成要素であり、特にすべり面を含む勾配安定性のための単純解析モデルである。これらのモデルでは閉じた層として作用していると仮定し、上の土壌(水を含む)の総重量とすべり面内の間隙水圧を知ることが重要である。 しかし、どのパラメータも粒子上の実際に独立して作用するものではないため、異なる測定可能な条件下での土壌粒子の本当の挙動を考慮すると、この式は混乱を招くことになる。 四面体の配置でゆるく積み上げられた丸い石英の砂粒子《球・タマ》の集まりを考える。球同士が実際に接触するところに接触応力が存在する。さらに球を積み重ねて接触応力が大きくなり、摩擦不安定(動摩擦)を引き起こす点までいくとほぼ崩壊する。接触に影響を与える独立のパラメータ(垂直とせん断の両方。詳細は応力#応力テンソルを参照のこと)は上の球の力である。これは球の全体の平均密度および球の高さを用いて計算することができる。