📂物理学

流体と流体力学の定義

定義

流体^fluidって？

1. 液体と気体を合わせた言葉
2. ランダムに配列され、互いに集まっている分子たちの集合¹

3. 静止状態では垂直応力が作用し、流動状態ではせん断力がかかると連続的に変形して流れる物質²

説明

定義って言っても、そんなに厳密なわけじゃない。だけど、厳密な定義を求めなくても、われわれは自然に流体が何かを知っていて、それで十分だ。流体が持つ一般的な性質には流動性と粘性がある。流動性はそのまま流れる性質で、粘性はせん断応力や流体摩擦に対する抵抗を特徴づける属性³だ。簡単に言うと、粘性っていうのはネバネバしたり、ドロドロした度合いを表す言葉だ。

流体力学^{fluid mechanics}は流体の運動を扱う学問だ。流体力学は流体の状態に応じてさらに二つに分かれる。静止している流体の運動を扱う流体静力学^{fluid statics}と動いている（流れている）流体の運動を扱う流体動力学^{fluid dynamics}がある。微分方程式の最終形態であり、ミレニアム問題の一つである「ナビエ・ストークス方程式の解の存在性と滑らかさ」の主人公であるナビエ・ストークス方程式がまさに流体力学のテーマだ。

$$ \frac{ \partial \mathbf{u}}{ \partial t}+\left( \mathbf{u} \cdot \nabla \right)\mathbf{u}=\mathbf{f}-\frac{1}{\rho}\nabla p + \nu \nabla ^{2}\mathbf{u} $$

ここで、$\mathbf{u}$は流体の速度、$\mathbf{f}$は単位体積あたりの外力、$\rho$は密度、$p$は圧力、$\nu$は粘性係数を意味する。