圧力水頭
圧力水頭は、水のもつ圧力を、水の高さに置きかえて表したものです。p/ρg (p=圧力、ρ=水の密度、g=重力加速度) で表され、圧力計の目盛りに対応します。ベルヌーイの定理で扱う3つの水頭の一つです。
セクション別の図解
管路の各地点で立てた細い管の水位 (圧力水頭) を比べ、どこで圧力が高いか低いかを読み取る様子が描かれています。
圧力水頭は、ベルヌーイの定理を使って管内の圧力を調べるのに役立ちます。管路の各地点の圧力水頭を比べると、どこで圧力が高く、どこで低いかが分かります。流れが速い場所では速度水頭が大きくなり、その分圧力水頭が下がるため、圧力が低くなります。圧力を高さに換算しているので、速度水頭・位置水頭と足し合わせて、流れ全体のエネルギーを一目で扱えます。圧力水頭は、管路や水路の設計に欠かせない量です。
圧力による圧力水頭、速さによる速度水頭、高さによる位置水頭の3つを並べ、もとになるエネルギーのちがいが対比されています。
圧力水頭は、3つの水頭のうち「圧力」によるものです。速度水頭は流れの速さを、位置水頭は基準面からの高さを、それぞれ高さに換算したものです。圧力水頭は、その地点の水の圧力で決まります。ベルヌーイの定理では、流れが速くなって速度水頭が増えると、その分だけ圧力水頭が下がります。流れが速いところで圧力が下がるのは、この関係によるものです。
大きな圧力ほど高い水柱、小さな圧力ほど低い水柱になり、圧力が高さに換算される様子が示されています。
圧力水頭が p/ρg で表されるのは、圧力のエネルギーを高さに換算しているからです。圧力 p を、水の密度 ρ と重力加速度 g で割ると、高さ (長さ) の単位になります。これにより、速度水頭や位置水頭と同じ物差しで比べられます。圧力が大きいほど圧力水頭は大きくなります。圧力を高さに直すことで、目に見えない圧力を、水柱の高さという分かりやすい形でとらえられます。