ニュートンの粘性法則とは? わかりやすく解説

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ニュートン流体

(ニュートンの粘性法則 から転送)

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2025/01/19 18:46 UTC 版)

連続体力学


以下の流体における、ずり速度(横軸)と接線応力(縦軸)との関係を表したグラフ
2:ニュートン流体
2以外;非ニュートン流体
1:ダイラタント流体
3:擬塑性流体
4:ビンガム流体

ニュートン流体(ニュートンりゅうたい、: Newtonian fluid)とは、ニュートンの粘性法則に厳密に従う流体である。名称は、イギリス物理学者アイザック・ニュートンに因んで名付けられた[要出典]

ニュートン流体の流れのことを、ニュートン流動: Newtonian flow)という。また、ニュートンの粘性法則に従わない流体のことを、総称して非ニュートン流体という。

ニュートンの粘性法則

粘性とは、流体を動かすときに抵抗力が働く性質のことである。流体の粘性は、流体内部の摩擦によって発生するため、この抵抗力を「摩擦応力」と呼ぶ。

基本的に、摩擦応力は、流体−流体間または流体−物体間の速度勾配速度変化率)に比例して大きくなることが知られている。この法則がニュートンの粘性法則: Newton's law of viscosity)である[1]

直交座標による空間を考え、そこで流体による流れが存在すると考える。簡単のため境界等の効果は考えないものとする。このとき流体と流体(または流体と物体)は、その間にある面を境にして力(応力)を及ぼし合っていて、面に垂直な方向(法線方向)の単位面積当たりに働く力が圧力であり、面に平行な方向(接線方向)の単位面積当たりに働く力を接線応力あるいはせん断応力という[2]

流れている流体の粘性率

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ニュートンの粘性法則

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2022/05/27 02:36 UTC 版)

ニュートン流体」の記事における「ニュートンの粘性法則」の解説

比例関係成立した粘性率は、流体種類によって固有の物性値であることが表される。これをニュートンの粘性法則と言う直交座標による空間考え、そこでx方向流体による流れ存在する考える。簡単のため境界等の効果考えないものとするx-y平面考えると、その面を境にして流体は力(応力)を及ぼし合っていて、面に垂直な方向法線方向)の単位面積当りに働く力が圧力であり、面に平行な方向接線方向)の単位面積当りに働く力を接線応力と言う流れている流体粘性率をμとして、x 方向流れ速さux とすると、接線応力τxy は、 τ x y = μ ∂ u x ∂ y {\displaystyle \tau _{xy}=\mu {\partial u_{x} \over {\partial y}}} となる。この時、 ∂ u x / ∂ y {\displaystyle \partial u_{x}/\partial y} をずり速度と言うニュートン流体は、粘性率μがこのずり速度依存せず接線応力が上式で表現できる3次元一般化した場合、上式はテンソル表示され次のうになる。 τ = − μ S , S i j := 2 ∂ ( i v j ) = ∂ v ix j + ∂ v jx i {\displaystyle {\begin{aligned}&\tau =-\mu S,\\&S_{ij}:=2\partial _{(i}v_{j)}={\frac {\partial v_{i}}{\partial x_{j}}}+{\frac {\partial v_{j}}{\partial x_{i}}}\end{aligned}}} ここでτは応力テンソル、Sはひずみテンソルである。

※この「ニュートンの粘性法則」の解説は、「ニュートン流体」の解説の一部です。
「ニュートンの粘性法則」を含む「ニュートン流体」の記事については、「ニュートン流体」の概要を参照ください。

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