流量計測の歴史…aA0401-23
0385-9886/04/¥500/論文/JCLS〔連載〕

流量計測の歴史＜６．産業革命からフランス大革命へ＞

㈱オーバル

小川胖

Yutaka Ogawa

１．ニュートンとフック及びライプニッツとの確執してしまったという。微積分に関してはニュートンにドイツの国際紛争であり、両国の学術交流がストップ

アイザック・ニュートン（Isaac Newton［英］、は物的証拠がなくどうも不利であった。しかし争って1642 〜1727）は20 世紀にアインシュタインが出現すいたフックの方はニュートンの実力を認めていたのでるまでの最高の物理学者とされている。彼はエジソンあろうか、王立協会の重鎮であるフックの応援もあっやアインシュタインがそうであったように、少年時代てニュートンは1687年に「プリンキピア」を発表したにはさほど才能の際立ったところのない、普通の少年のである。プリンキピアは、であったという。21歳のときヨーロッパではペストが第１巻 ニュートンの力学体系、万有引力からケプラーの３法則の誘導大流行し、彼は一時故郷に避難していた。このときリンゴ畑でリンゴが落ちるのを見てかの有名な「万有引第２巻 粘性媒体内における物体の運動と流体力学力」を発見したといわれている。しかしこれについて第３巻 宇宙体系の議論で、太陽や惑星の質量決は、「フックの法則」で有名なフック（Robert Hooke

定、月の運動に見られる不規則性［英］、1635 〜1703）から「自分が先に発見してニュの３巻から成っていた。

ートンに手紙を書いたではないか、貴殿はこれにヒン第１巻には万有引力の他にニュートン力学でも最もトを得たのであるからこの事実を認めて著作に発表せ有名な第１法則の「外部からの影響を受けない場合よ」とクレームがついた。またライプニッツ（G.

は、質点は静止又は等速運動を持続する」と、第２法

Wilhelm Leibniz［独］、1646 〜1716）からも微積分則の「質点の加速度は外力に比例し、外力の方向に起は自分が先であるという丁重な手紙が届いたが、ニュこる。
」が述べられている。第１法則で最もよい例は、ートンはこれを無視したため、これより彼らの後継者人工衛星が一定の速度で地球の周りを回り続けることも含め100 年以上も訴訟が続いた。これはイギリスとである。第２法則は外力をF、質点の質量をm、加速度をαで表すと、かの有名な式が導かれる。
F＝ma…aである。
また第２巻では流体力学において、顕著な功績を残している。それは「粘性のために生ずるせん断応力は流れの速度勾配に正比例する」という、いわゆる「ニュートンの粘性法則」であり流体力学の基本事項の一つとなっている。従ってこの法則に従う流体を「ニュートン流体」というようになった。我々が日常生活で慣れ親しんでいる水、空気あるいは石油はこれに属する流体であり、流体力学を研究する学者や技術者は、ニュートン流体が相似則が成り立つために、例えば船写真１ 微積分発明のライプニッツ

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や飛行機の実験に、小さな模型を作り水又は空気を用

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いて研究することが出来るのである。フック自身も

２．中国・清時代の治水「流れの計測」には有意義な業績を残しており、第１

この頃の中国に目を転じると、1662 年に永明王が図の風速計、水銀気圧計がそれである。また、Dr E.

没して明が滅び、康煕帝が中国最後の朝廷である清朝

A. Spencer は開渠流量計についても彼が1683 年に発の初代帝位に着いた。康煕、雍正、乾隆時代には農業表したとしている。この他にも自在継ぎ手とかレンズ生産を非常に重要視し、この百年余りの間に、河の治みがき器など特殊な計器や器具を考案している。この水は無論、水利の開発、利用に関して見るべき効果をため工学系の技術者に分類されていると思いきや、生挙げた。この方面で突出した貢献者は康煕帝（1662

物の研究で最も功績が大きい生物学者であったのであ〜1722）に仕えた陳る。17世紀後半にしてやっと、流体計測に携わる技術制御するために、「測水法」を発明した。即ち河水の者が待望の流れを計測する計器「風速計」が出現した

横断面積に流速を乗じて、水の流量を計算した。のである。フックの風速計は、流速が増えるとターゲ

陳ット板が上がり風圧を受ける面積が小さくなるので、り、１秒で如何ほど流れるかを測り、一昼夜分を累積であった。彼は洪水を的確にの言によれば「その法とは、まず水門の広さを測風速表示は当然等間隔目盛りではなかったのであろう。

すれば、流量が計算できる」と述べているのである。

またニュートンにより粘性という概念が生み出された「流量計測の歴史１」で述べたように、流量の概念をのも流体計測に携わる人にとって特記すべきことであ最初に導き出したのは、150 年頃に古代ギリシャのヘる。でも残念ながらニュートンは発明の先陣争いに疲ロンであったが、歴史を紐解いてみると、実際に流量れ果てたのか、人嫌いになり、晩年は錬金技術に凝っの概念を社会に役立てたのは、陳たそうである。といえよう。私は思うのである。何故この時代にヨーが最初であった

ロッパで発展してきた水車の回転数から水の流量に結びつける概念が生まれなかったのであろうかと。多分「今日は水車の回転が速いから水量が多い。
」くらいのアバウトな概念に終っていたのであろうかと。流量計発明の機会はいくらでもあったはずである。

３．産業革命時代へ
さて17 世紀後半から18 世紀前半に入るとニューコメンからワットまでの蒸気機関の改良により、ヨーロッパは英国を中心とした産業革命の時代へと急速に進展していくわけである。蒸気機関を完成して産業革命の直接の引き金になった人こそ、ジェームス・ワット
写真２ フックの肖像画（James Watt［英］、1736〜1819）である。ここで蒸気機関のルーツを遡ってみると、これもやはり「流量計測の歴史１」の第７図に記したヘロンの蒸気反動タ

第１図 フックの計器（左：風速計、右：水銀気圧計）

第２図 ワット（左）とニューコメン（右）の蒸気機関

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見がありここにきてやっと電気の息吹が始まる。フランス大革命は1789 年７月14 日に専制主義と封建制を象徴するといわれた牢獄バスティーユが民衆によって占領され破壊されたときに始まる。1792年にはフランス共和制が公布されルイ16 世が処刑され、その後ギロチン断頭台による処刑が次々に行われる恐怖時代へと突入していく。ヴェルサイユ宮殿を訪れると、マリ
写真３ ダニエル・ベルヌーイの肖像画ー・アントワネットの美しい肖像画に魅せられるが、その王女は、哀れにも1793 年10 月14 日に断頭台にのぼり処刑されるのである（写真４）。読者は薄気味悪ービンなのである。小泉袈裟勝氏が述べたように、ヘい断頭台の話が何故出てくるのか不思議に思われるでロンは時代を1,700 年も先取りしたまさに稀有の天才あろう。しかし恐怖政治は科学者の身にも及ぶのであだったのである。さて蒸気機関もれっきとした流体機る。フランスで主に用いられていた長さの単位は、メ械ではあるが、きりがないので熱機関あるいは熱力学ートル法成立まではピエ・ド・ロワ（Pied de Roi、の問題として「流れの計測の歴史」では深入りしない

約0.325m）であった。1790 年にタレーランは新しいことにする。ご存知のように、蒸気機関は急速に前号単位系を作ることを国民議会に提案した。パリ科学学

で述べた水車及び風車などによる古典動力に取って変士院もこの計画に賛同し、委員会を設けて検討を開始わっていく。

した。その委員は前出のラヴォアジェ（Antonine

流体力学は、スイスのバーゼルのベルヌーイ学派にLaurent Lavoisier［仏］、1743 〜1794）、ラグランジュ、よってその基礎が築かれた。ダニエル・ベルヌーイはラプラスなど後世に名を残す錚々たるメンバーで構成（Daniel Bernoulli［スイス］、1700〜1782）は「ベルされていた。ラヴォアジェは水の密度測定を担当してヌーイの定理」という流体力学で重要な定理のもとといた。その大部分の仕事は1793 年８月に終わっていなるエネルギー原理を1738 年に提示した。これに基づたが、彼は徴税請負人であったがゆえに、同年11 月

き1758 年にオイラーは「流体の位置エネルギー、運に投獄されたのち、1794 年５月８日に断頭台で露と動エネルギー、及び圧力エネルギーの３項の和が一消えてしまうのである。

定」という関係式を確立した。

ラヴォアジェは獄中から護衛つきで実験室に通い、ピトー（Henri de Pitot、仏、1695〜1771）はベル実験が完了するや処刑された。ラグランジュは「このヌーイの定理に先立つこと６年前の1732年に「ピトー首を落とすのには一瞬で足りるが、百年かかってもこ管」の名で有名な流速計を開発し、この年にセーヌ河んな首はできまい。
」と友人に嘆いていたという。ラで流速の計測を行っている。これはベルヌーイの定理

ヴォアジェの後継者が発表した4 ℃の水の密度は現在に基づいて流速を検出する方式のもので、今でも流体最も正確とされている1dm3 の水の質量0.999972kg に力学の研究に大学や研究所で使われているものである。

非常に近い値であった。

４．フランス大革命時代へ時代が18 世紀後半に入ると、イギリスの産業革命のあとに続いて、アメリカ独立宣言（1776 年）、フランス大革命（1789 年）と激しく変化する世の中へと推移していく。科学界でも、窒素、酸素の発見に続き、ラヴォアジェが 1789 年に出版した「化学要論」
は近代化学の基礎を系統的に述べるものとして、ニュートンの「プリンシキア」、ダーウインの「種の起源」に匹敵するものであり、彼が近代化学の父と讃えられる所以である。この中において元素概念の明確な規定と科学的元素表が提示された。1780年にガルバーニが動物電気を発見し、1799年にヴォルタによる電池の発54

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写真４ 断頭台のマリー・アントワネット

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写真５ 近代化学の父ラヴォアジェとその妻

第３図 ナポレオンの英国上陸作戦

写真５は仲睦まじいラヴォアジェ夫妻の絵であるである。第３図はナポレオンが計画した19世紀はじめが、マリー夫人は金髪青眼で非常な美貌の持ち主であの英国との戦いに、空からはフランスで発達した気り、「陽気で賢明で科学的な貴婦人」として実験室に球、海上からは船、地下はトンネルを掘って、海峡をサロンに終生かわらぬ内助の妻として、夫の仕事を助渡ろうとする英国上陸作戦であるが実現せず、トランけた。しかし無残にもギロチン台はそれを絶ってしま

ファルガルの戦いでネルソン率いる英国海軍に完敗すったのである。この時期、シャール（仏）は1787 年る運命となる。湯浅光朝氏はナポレオン時代を次のよに気体膨脹に関するシャールの法則を示した。現在

うに評している。
「18世紀後半から19 世紀初頭にかけ「ボイル・シャールの法則」といわれているものであてのナポレオン時代は、科学史上最も生彩に富んだ浪る。彼は1783 年に水素気球を発明している。８月24

漫的時代であった。ニュートン物理学の完成によって

日彼は市民の見守るなかで水素気球を飛ばしたが空中絶頂に達した機械的世界観の展開は18 世紀啓蒙時代爆発をおこし失敗した。そこで失敗の原因を究明し、を生んだが、既知の理知、伝統の領域をはるかに越え気球が上空に行って膨張し過ぎるときにガスが逃げるた未知の広大な世界があることが分かってきた。即ちように改良し、再度12 月１日にヴェルサイユ広場で機械的自然観から脱皮、前進を意味し、ニュートンの気球を飛ばし大成功をおさめている。さてフランスの原理をもってしても解釈し得ない新現象が次々と発見

ギロチン断頭台による恐怖時代はロベス・ピエールのされていった。18世紀末を境として、社会機構は高度刺殺とともに去り、英雄ナポレオンに引継がれて行資本主義時代に移行し、自然科学は前代未聞の発展く。先にも述べたヴォルタによる電池の発明は電気のをとげていく。
」と。

世界に初めて灯をつけたといえよう。現代の科学工学をリードする電気電子技術の幕開けとなる。ナポレオンは1796年にイタリア遠征より凱旋し、ヴォルタの電池の実験を供覧して彼に伯爵の栄誉と年金を与えたの＜参考文献＞
a 湯浅光朝：「科学文化史年表」，中央公論社s 平田 寛：「図説科学・技術の歴史」
（上）
，朝倉書店
d 細井 豊：「教養・流れの力学」，東京電機大学出版部
f アイザック・アシモフ，「アシモフの科学者伝」，小学館
g 丘 光明：加島淳一郎訳，「中国古代度量衡d」，日本計量士学会
h E. A. Spencer ：石川重次訳，「流量標準 過去と現在」，英国国
立技術研究所」
j 河野健二：「フランス革命」，河出書房新社
k 小泉袈裟勝：「度量衡の歴史」，中央計量検定所【筆者紹介】
小川 胖㈱オーバル 技術顧問
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写真６ 1783 年12 月１日にあげた水素気球

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