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: 濡れ 液体や固体の物質が、気体のように散逸せずにまとまりを維持するのは、それらの内部の原子や分子同士が互いに引き付け合っているためであるが、表面ではその力が物質の面方向に強くはたらき表面張力となって現れる。容器に収められ重力以外の外力を受けていない液体では、自重と表面張力のつり合いによって外形が定まるが、固体では固有の外形を維持する力が強いため表面張力が観察されにくい。ただし、固体と液体が接触する時は液体だけでなく固体の表面張力も顕在化する。液体の表面張力に比べて固体の表面張力が大きいと、固体に接触した液体は自ら球形になろうとするよりも固体の表面に広がろうとして良くぬれる。固体と液体が接触した場合の両者の表面張力の違いによってぬれの度合いが異なってくる。
文章: 逆浸透膜 逆浸透膜の孔の大きさは水の分子(1個が差し渡し約0.38ナノメートル)より数倍以上大きい。逆浸透膜で、酸素原子と同程度の大きさのナトリウムイオン(海水中の主要なイオンであり1個が0.12~0.14ナノメートル)などが通過しにくくなるのは、水和によりイオンの周囲に水分子が配位することで見かけの大きさが数倍から十数倍になったようにふるまうためである。また膜表面に付着する水分子の存在も孔を見掛け上小さくするように作用する(電気二重層も参照のこと)。水和する水分子の数は概してイオンの電荷が多いほど多数であり、元素の周期が大きいほど多数である。更にクロマトグラフィーのように膜の内部で水の分子と不純物との拡散速度の差により分離が行われている点も無視できず、実際の分離はこれらの働きが複雑に絡み合って行われていると考えられる。 逆浸透膜(または半透膜)で塩類濃度の高い水と低い水を仕切ると、その浸透圧の差によって濃度の低い側から高い側へ水がひとりでに抜けてゆくが、逆に濃度の高い側に外から浸透圧の差を超える圧力をかければ、水分子だけが濃度の高い側から低い側に抜ける。この現象を逆浸透といい、「逆浸透膜」の名はここから来ている。上述のように逆浸透膜の分離が単純な物理的阻止だけでは説明できないために原理について複雑な解説がなされることが多いが、要は「水と不純物とを分離するために浸透圧以上の圧力をかける必要があるので逆浸透膜と呼ぶ」というように理解すればよい。 ウイルスで現在最も小さいとされるピコルナウイルスやパルボウイルスでも大きさは約20ナノメートルであり、逆浸透膜の孔より確実に一桁は大きいため、逆浸透膜は破損がない限り水から全ての病原菌やウイルスを除去できるものと考えてよい。 文章: 浮沈子 この実験は「潜り手」("diver")をピペットに酷似する一端が開いた小さな堅い管を柔軟な部品の付いた大きい容器(例えば2リットル入りのソフト・ドリンクの瓶)の中に置くことでなされる。 その容器は潜り手を見られるように完全に水で満たされ、閉じられる際に気密にしなければならない。 「潜り手」("diver")には水が入る。その量はほぼ中立な浮力を有するのに十分な量の空気をふくませ、それでもやはりほぼ完全に水没させられているあいだは上端に浮かんでいるだけの浮力を有する。 「潜り」("diving")が起こるときは、容器の柔軟な部位が内側に圧せられて内圧を高め、「潜り手」("diver")を底に沈めさせ、圧力が解放されると元のように表面に浮上する。 浮沈子の中には浮力を与えるだけの空気がある。 したがって、浮沈子は水面に浮かぶ。 パスカルの原理によれば、気密の容器が圧されると空気圧が高まり、その一部は容器の一つの「壁」("wall")を成す水に対して加えられる。 今度はこの水が浮沈子の中の気泡にさらなる圧力を加える。 その理由は、浮沈子内の空気は圧縮可能であるがしかし水は圧縮不可能な液体であり、空気の量は減少させられるがしかし水の量は膨張せず、浮沈子への外部の圧力は a) 浮沈子内に既にある水をさらに内部に押し入れ、そして b) 浮沈子の外にある水を浮沈子内に押し入れる。 一旦気泡が小さくなり、水が浮沈子のなかにはいると、浮沈子は自らの重さよりも軽い水を押しのける。そのためにそれは浮力を減じ、そしてアルキメデスの原理にしたがって沈む。 容器に対する圧力が解放されると、空気は元のように膨張し、押しのけられた水の重さを増やし、そして浮沈子は元のように浮力を増し、そして浮かぶ。 文章: 理想溶液 1 k i 1 ( T , P ) ( ∂ k i 1 ∂ P ) T = ( ∂ ∂ P ln k i 1 ( T , P ) ) T = v i , liq 1 ( T , P ) R T {\displaystyle {\frac {1}{k_{i}^{1}(T,P)}}\left({\frac {\partial k_{i}^{1}}{\partial P}}\right)_{T}=\left({\frac {\partial }{\partial P}}\ln k_{i}^{1}(T,P)\right)_{T}={\frac {v_{i,{\text{liq}}}^{1}(T,P)}{RT}}}で与えられる。これは決してゼロにはならないが、気相を理想混合気体とみなせるほど十分に低い圧力のもとでは、ヘンリー定数の圧力依存性は無視できる。 文章: 固体 固体(こたい、は、物質の状態の一つ。固体内の原子は互いに強く結合しており、規則的な幾何学的格子状に並ぶ場合と、不規則に並ぶ場合がある。 液体や気体と比較して、変形あるいは体積変化が非常に小さい。変形が全く起こらない剛体は理想化された固体の一つである。連続体力学においては、固体は静止状態においてもせん断応力の発生する物体と捉えられる。液体のように容器の形に合わせて流動することがなく、気体のように拡散して容器全体を占めることもない。 固体を扱う物理学は固体物理学と呼ばれ、物性物理学の一分野である。また物質科学はそもそも、強度や相変化といった固体の性質を扱う学問であり、固体物理学と重なる部分が多い。さらに固体化学の領域もこれらの学問と重なるが、特に新しい物質の開発に重点が置かれている。 今まで知られている最も軽い固体はエアロゲルであり、そのうち最も軽いものでは密度は約 1.9 mg/cm3 と水の密度の530分の1程度である。 文章: 魔人ブウ 体はブウの意思により自在に変化し、身体を柔らかく変化させたり、元の体積を超えて身体を伸張させたりすることができる。身体から離れた肉体を操作することも可能で、身体を自ら千切って道具として使ったこともある。また、生物として体力の概念があるか疑わしいほどの耐久性を持つ。たとえ粉々にされようと、細胞レベルで消滅させられない限り肉片同士が集合して難なく復活できる生命力を持ち、肉片が燃やされたとしてもその燃えた跡から出た煙から復活する。猛毒を盛られても全く応えないため、毒殺も不可能。再生時にダメージも回復するが、ブウ同士の戦闘ではダメージを受けて生命力が低下するので完全ではない。また再生できるといっても痛覚はあるようである。服を着ているが、その服もブウの身体の一部であるようで、再生時には基本的に同時に復元される。 文章: ムペンバ効果 ムペンバ効果は、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 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。 2020年8月5日刊行の科学雑誌「ネイチャー」にて発表されたサイモンフレーザー大学の物理学者、アビナッシュ・クマールとジョン・ベックホーファーの研究により、ムペンバ効果の条件の一部が解明された。 文章: アメンボ 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: 地すべり ボーリング調査やすべり面の推定などの結果を踏まえて行われる。地表水の速やかな排水と地下水排水の促進による地下水量のコントロール、およびすべり面を貫くアンカーによる上下の土塊の固定、土塊の塊の重量バランスを調整して移動を抑える土工などが行われる。施設の完成後にさらに地下水位の変動や歪みなどを数か月から一年程度観測し、すべりが止まったかどうか追加施工が必要かどうかを判断する。 地表水を速やかに地すべり斜面から排水するためにコンクリートなどの不透過性の材料を用いて水路工が施工されることが多い。水路工によって地表水を排水してしまうことですべり面での地下水の増加を抑える。斜面の広範囲を不透過性にしたい時にはU字溝などではなく布製型枠にコンクリートやモルタルを流し込んだものを使うことも多い。 すべり面の地下水の排水には斜面横からすべり面に向かってボーリングを掘って行う。斜面の端部から掘るもののほかに、斜面に大きな筒を垂直に打ち込み、筒の中からすべり面に向かってボーリングを打つことで、筒の中に地下水を集め排水させる方法がある。この筒を集水井といい地すべり対策施工地で特徴的にみられる構造物である。集水井は一般に蛇腹を持つ鋼板(ライナープレートと呼ばれる)で構成される。高さはすべり面よりも深くまで掘ってあることが多い。ただし、活動性の地すべりの場合はすべり面を超えて彫ることで集水井が地すべりの力で変形・破損してしまうことから上部土塊の範囲で作られる。底面はコンクリートを打設し排水した地下水が地中へ再浸透しない構造となっており、底面のすぐ脇に斜面外へ通じる排水管、数m上に地下水を集水する集水管が設けてある。 文章: デボラ数 物質の固体・液体の区別は観察の時間スケールと、物質の緩和時間との関係で変わるものである。 文章: スカラーポテンシャル 流体力学において、平衡状態にあるが一様な重力場の存在下では一様な浮力が重力を相殺するように浸透する。つまり、流体はその平衡状態を維持する。この浮力は負の圧力勾配である。 浮力は重力と反対方向の上向きを向いているため、流体内の圧力は下向きに増加する。静的な水域内の圧力は水面下の深さに比例して増加する。一定圧力の面は表面に平行な平面であり、これはゼロ圧力の平面として特徴づけることができる。 液体が(その回転軸が表面に対して垂直である)垂直渦を有する場合、その渦は圧力場にうぼみを生じさせる。渦の内側の液体の表面は等圧力の表面同様下方向に引っ張られるが、液体表面と平行に保たれる。この効果は渦内部で最も強く、渦軸から離れるにつれて急速に減衰する。 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: 物質の状態 結晶では、粒子は一定の三次元構造をとって配列している。多くの異なった結晶構造が存在し、1つの物質が2つ以上の異なった結晶構造をとることもある。例えば、鉄は912°C以下では体心立方格子構造をとるが、912°Cから1394°Cでは面心立方格子構造をとる。氷には、温度や圧力によって15の異なった結晶形が知られている。 温度と圧力が一定なら、体積は一定である。固体が融点以上まで加熱されると、液体に変化する。分子間力は残ったままであるが、分子は互いに影響しあったまま動くのに十分なエネルギーを持ち、構造は変わる。これは、液体の形は一定ではなく容器に応じて変わるということを意味している。ミクロに見れば、物質を構成する原子や分子の相対位置は自由に変化できるが、原子や分子の間の距離はほとんど変化できない状態である。力学的に言えば、剛性率は零だが体積圧縮率は固体と同程度に小さい。体積は通常は固体状態よりも大きいが、この著名な例外として水がある。ある液体が存在しうる最も高い温度を臨界温度という。 気体中の分子は高いエネルギーを持ち、分子間力の影響は小さい(理想気体では零)。分子はそれぞれ遠く離れて高速で移動している。気体は定まった形や体積を持たず、容器に応じて変わる。容器や力場がなければ体積が無限に膨張できる。ミクロに見れば、物質を構成する原子や分子の間の相互作用がほとんどなく、互いの位置も距離も自由に変化できる状態である。液体を沸点以上の温度に加熱するか、温度を一定にして圧力を下げると気体に変化する。 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: 地すべり 地すべりが発生する場所には、地形・地質条件など幾つもの自然条件から規制を受ける素因と、すべり滑動発生の引き金となった何らかの誘因がある。この地すべり発生機構を把握することで、形態や範囲を特定したマスムーブメント(移動ブロック)として対策が可能となる。 地すべりの移動は、すべり面上に載っている地塊が滑動しようとする力が、すべり面の剪断強度を上回った場合に発生する。地すべりの移動には、地質的な条件に加え、地下水の分布状況が非常に密接に関わっていることが知られている。一般に、地すべりは雪解けの時期や梅雨時、台風による豪雨など、地下水の水位が大きく上昇する時期に多く発生する。土塊が地下水を多量に含んで重量が著しく増加すると共に、地下水の存在がすべり面の剪断強度を大きく低下させるためである。従って、年間の降水量(降雪も含む)が多い地域や、地すべりの発生しやすい地質条件の地域(特に、火山性の堆積物が多い地域や凝灰岩・泥岩などが多く産出する地域)では、地すべりの多発地帯として知られる場所が多い。本州の日本海側から東北地方、北海道東部などに多く存在するグリーンタフ地域や、雪解け時期の豪雪地帯において地すべりが多発することがよく知られている。 文章: 熱膨張 一般的なプラスチックは水にさらされると、長期的には大きな割合で膨張していく。熱膨張は物質の粒子間の間隔を変化させ、それによって物質の体積を変化させる一方で、その質量を無視できる程度に変化させ(無視できる量は質量とエネルギーの等価性に基づく)、したがってその密度が変化して、それに作用する浮力に影響を及ぼす。これは、不均一に加熱された流体の対流において重要な役割を果たし、とりわけ熱膨張は一部の風や海流を発生させる役目を果たしている。