位置水頭
位置水頭は、基準面からの水の高さそのもののことで、位置エネルギーを表します。記号 z で表されます。3つの水頭の中で唯一、換算せずに高さがそのまま値になります。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
高い場所と低い場所の位置水頭の差 (高低差) が、流れのエネルギーにどう効くかをベルヌーイの定理で考える様子が描かれています。
位置水頭は、ベルヌーイの定理で水路や管路の高低差を扱うのに使われます。高い場所の水は位置水頭が大きく、低い場所では小さくなります。水が高い所から低い所へ流れると、位置水頭が減る分だけ、速度水頭 (速さ) や圧力水頭が増えます。3つの水頭の和は一定なので、高低差をエネルギーの変化として計算できます。位置水頭は、基準面からの高さという分かりやすい形で、流れのエネルギーを支えます。
高さそのものの位置水頭、速さによる速度水頭、圧力による圧力水頭の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。
位置水頭は、3つの水頭のうち「高さ」によるものです。速度水頭は流れの速さを、圧力水頭は圧力を、それぞれ高さに換算します。位置水頭だけは、換算せずに基準面からの高さがそのまま値になるのが特徴です。だから、考え方が最も分かりやすい水頭です。ベルヌーイの定理では、この位置水頭も、速度水頭・圧力水頭とともに足し合わされ、3つの和が流れに沿って一定に保たれます。
基準面を決めると、それより高い位置の水ほど大きな位置エネルギー (位置水頭) をもつ様子が示されています。
位置水頭が高さそのものになるのは、高さが位置エネルギーに直接対応するからです。物が高い場所にあるほど大きな位置エネルギーをもつのと同じで、高い位置の水ほど大きな位置水頭をもちます。位置水頭を考えるには、まず基準面 (高さ0とする面) を決める必要があります。基準面からの高さがそのまま位置水頭です。換算がいらないため、3つの水頭の中で最も直感的に理解できます。