質問: 液体中などを漂う微粒子が行う不規則な運動のことを、発見したイギリスの科学者の名前から「何運動」というでしょう?
回答: ブラウン運動

タイトル: 拡散
物質の拡散とは、各分子(または原子)の熱運動に基づく物質の運動であり、固体、液体、気体、また超臨界流体中でも起きる。以下のような例がある:物質拡散の理論的研究は以下のように発展した。固体中の原子が熱によってランダムに跳躍し、結果として正味の原子の移動が起きる過程である。例えば風船の中のヘリウム原子は風船の壁を通して拡散し逃げることが可能であり、そして風船は少しずつしぼむ。他の空気中の分子(たとえば酸素、窒素)は移動度がもっと低いので、風船壁を通しての拡散速度は低い。風船内にはヘリウムが詰められ、外気にはヘリウムはわずかしかないので、壁には濃度勾配ができている。移動速度は拡散係数と濃度勾配に支配される。カーケンドール効果も参照。ブラウン運動は不連続的な粒子が液体中で拡散するときに起きる。

タイトル: 電気泳動
電気泳動(でんきえいどう、英: electrophoresis)は、荷電粒子あるいは分子が電場(電界)中を移動する現象。あるいは、その現象を利用した解析手法。特に分子生物学や生化学ではDNAやタンパク質を分離する手法としてなくてはならないものである。

タイトル: 運動 (物理学)
物体が非等速運動するとは、(非等速運動を観測する時間の中で)ある基準系において物体がゼロでない加速度を持って運動をすることである。速度と同様に、加速度が一定か否かによって物体の運動を分類できる。

タイトル: 毛細管現象
オランダのフォシウス(Isaac Vossius:1618–1689)、イタリアのジョヴァンニ・ボレリ、フランスのルイ・カレ(Louis Carré:1663-1711)、イギリスのホークスビー(Francis Hauksbee:1660–1713、ニュートンの助手)やドイツのヴァイトブレヒト(Josias Weitbrecht:1702-1747)らは液体の粒子が互いに引き合い、壁に引かれるのだと考えた。18世紀に入り、イギリスのトマス・ヤングとピエール=シモン・ラプラスがヤング・ラプラスの式を導き、ドイツの数学者、カール・フリードリヒ・ガウスも毛細管現象について研究した。イギリスのウィリアム・トムソン(ケルビン卿)は、気液海面の蒸気圧に関するケルビン方程式を導いた。フランツ・エルンスト・ノイマンは3つの相の接触点における平衡の解析した。

タイトル: 運動 (物理学)
量子力学は、マター(分子、原子)と素粒子(電子、陽子、中性子、クォークなど)の原子レベルでの物理的現実を記述する原理の集合である。量子力学によれば、波動と粒子の二重性で説明されるように、物質と放射エネルギーの両方が同時に波動的かつ粒子的に振る舞う。古典力学では、位置・速度などの物体の状態を正確に測定・予測することができる。量子力学では、ハイゼンベルクの不確定性原理により、素粒子の位置・速度などの完全な状態を同時に決定できない。量子力学は、原子レベルの現象の動きを記述するだけでなく、超流動や超伝導、嗅覚受容体の働きやタンパク質の構造といった生体システムなど、大規模な現象の理解にも役立っている。

タイトル: トムソン散乱
トムソン散乱(トムソンさんらん、英: Thomson scattering)とは、ニュートン力学的に考察する事の出来る束縛を受けていない自由な荷電粒子による、古典的な電磁波の散乱で、弾性散乱の一種である。イギリスの物理学者であるJ. J. トムソンが、1個の電子に対して一定の方向から光が当たる時、どの方向にどれだけ光が散乱されるかを算定した事に因んで名付けられた。

タイトル: 流体粒子
連続体力学において、流体粒子は原子・分子などの微粒子とは異なる概念であり、区別しなければいけない。現実の流体における流体粒子の速度や諸量は平均化されたものであるが、これらは微粒子の平均自由行程よりは十分大きく、しかし考えている流れの特徴的な長さスケールよりは小さい長さスケールで、平均化されたものである。これが成り立つためには連続体モデルを採用する前提であるクヌーセン数が小さいことが必要である。なお、流体粒子は隣り合わせの粒子との区別が理論上可能だが、現実の流体においては流体粒子は常に同じ微粒子から構成されるわけではないので厳密には区別可能でない。分子拡散によりゆっくりと流体粒子の物理量は他の領域へと拡散する。気体の流れにおいて対応する用語は空気塊(air parcel)である。流体粒子の別名は流体の物質要素(material element)である。

タイトル: 気体
例えば、理論上完全に静止した気体が絶対零度から熱せられるとき、その内部エネルギー(温度)が増大する。気体を熱すると、その粒子が速度を増し、温度が上昇する。高温になると粒子速度が上がって単位時間あたりに容器内で発生する粒子の衝突が増える。単位時間あたりの容器表面での粒子衝突回数が増えると、それに比例して圧力も上昇する。ブラウン運動は、流体内に浮遊する粒子の無作為運動を説明する数理モデルである。気体の拡散は気体分子運動論で説明することもできるし、素粒子物理学でも説明できる。気体の個々の粒子(原子や分子)を観察するテクノロジーには今のところ限界があり、それらが実際にどのように動いているのかについて理論的計算でしか示せないが、その動きはブラウン運動とは異なる。ブラウン運動では気体分子が問題の粒子と何度も衝突することで頻繁に粒子の向きが変わる。

タイトル: 粉粒体
粉粒体は流体とも固体とも異なる独特な挙動を示すことがある。

タイトル: 水理学
先述のように、19世紀の流体力学による理論研究は、実験や経験から成果をあげている実用水理学とはかけ離れたものとなったが、実用性の観点から次第に粘性を持つ実在流体に対応する必要性が出てきた。これに対応するものとして、アンリ・ナビエとジョージ・ガブリエル・ストークスはそれぞれ独自に、ニュートン流体に関する厳密な運動方程式であるナビエ・ストークス方程式を導いた。このナビエ・ストークス方程式の厳密解を導くことは一般的に不可能であるが、これによる知見からストークスは粘性流体中を降下する球の速度に関するストークスの公式を発見した。また、オズボーン・レイノルズはマンチェスター大学で実験を行い、流れが層流と乱流とに区別できることを発見し、レイノルズ数を考案した。これにより、ポテンシャル流理論では再現できなかった流れが理解された。

タイトル: 非ニュートン流体
非ニュートン流体のミクロな構造は、Merrillによって以下のように分類されている。各分類において所属物質をほぼ包括した特性があることが指摘されている。

タイトル: フィックの法則
流体力学でよく用いられる無次元量のなかで、物質の拡散に関係するものには以下がある:

タイトル: ブラウン運動
水中で浸透圧により破裂した花粉から流出した微粒子ではなく、花粉そのものがブラウン運動すると間違われることがある。一般書などに限らず、高名な学者や学術書や教科書にも見られた。最近でもマスコミの記事や、インターネット上の検索サイトで検索すると大学のウェブ上のアインシュタインの業績説明は誤ったままの説明になっていることが多い。

タイトル: 流体粒子
これに対応して、常に同じ物質要素で構成されつつ流れに乗って移動する物質線要素(material line)および物質面要素(material surface)という概念も導入される。更に流体粒子には流体要素(fluid element)という別名もある。

タイトル: 物質微分
物質微分(ぶっしつびぶん、英: material derivative)とは流れに乗って移動する流体粒子の物理量 (温度や運動量)の時間変化率のことで、連続体力学の概念の一つである。固定された場所での物理量の時間変化でなく、流れに乗って動く仮想的な「観測者」が観た物理量の時間変化を記述する。物質微分はラグランジュ描像に基づく時間変化をオイラー描像に基づく時間変化で記述したものである。物体固有の時間変化を記述するものなので物質微分 D / D t {\displaystyle \mathrm {D} /\mathrm {D} t} は偏微分 ∂ / ∂ t {\displaystyle \partial /\partial t} と違いガリレイ不変(英語版)である。名称としては他に、物質時間微分、流れに乗って移動するときの微分、実質微分、ラグランジュ微分などとも呼ばれる。

タイトル: 金コロイド
一方、超遠心分離器を考案したスウェーデンの化学者テオドール・スヴェドベリや、微粒子の散乱を研究して「ミー散乱」としてその名を残したドイツの化学者グスタフ・ミー(英語版)も、金コロイドの研究を行っている。

タイトル: 集塵装置
粒子の気体からの分離は、粒子が気体と異なる運動をすることにより生じる。集塵技術は、この運動差を大きくすることを基本とする。

タイトル: 微視的乱流
微視的乱流(microturbulence)は、小さなスケールでの乱流である。大きなスケールでの乱流は、巨視的乱流(macroturbulence)という。機械内部等で生じる乱流は片仮名でマイクロタービュランスと書かれることもあるが、英語名が同じでも天文学ではもっぱら漢字で表記する。

タイトル: 不随意運動
不随意運動(ふずいいうんどう、involuntary movement)とは、意志に基づかない不合理な運動のこと。対となる用語は随意運動である。

タイトル: 水中運動
水中運動(すいちゅううんどう、英: aquatic exercise)は、水泳に限らずウォーキングやジョギング、ダンスエクササイズなどを水中で行う身体活動(英語版)のことで、最近普及し始めた運動の一種である。水中運動は、温度や抵抗、静水圧や浮力、粘性など水に特有の性質を持つため、水中運動の生理学的特性は陸上でのそれとは異なる。さらに、水中運動は静止しているときや低速または中速で動いているときに、物理的な負担が軽減される。運動療法とリハビリテーションにおける定期的な水中運動の効果については、体系的な評価とメタアナリシスを用いた証拠が増えつつある。

タイトル: 希薄気体力学
希薄気体力学(きはくきたいりきがく)とは、気体力学の中でも、圧力が非常に低く、分子の運動まで考慮する必要がある気体の流れについて扱う学問である。具体的には、クヌーセン数が0.01以上の気体について適用され、ボルツマン方程式を用いて記述される。希薄流体力学は、ロケットや人工衛星、流星などの研究に使われてきたが、その後は微小な物体の周囲での気体の流れについても活用されるようになった。

タイトル: 空気動力学径
基準密度ρ0 に粒子の密度ρp を用いたもの、すなわち水滴の代わりに粒子の元々の密度をもつ球形粒子を考えたものをストークス径と言う。

タイトル: エアロゾル
ハイドロゾル(分散媒が液体のゾル)と比較して、エアロゾルでは粒子の動きがきわめて活発であり、物理的にはその性状は不安定である。

タイトル: 揺動散逸定理
揺動散逸定理は古くから特殊な場合について知られており、その例を以下に挙げる。1905年、アルベルト・アインシュタインは、ブラウン運動に関する論文を著し、ブラウン運動を起こしている不規則な運動が、流れの中で粒子を引き留める力をも生み出すことを明らかにした。つまり、静止流体でのゆらぎは流体を流す外力を与えた場合の摩擦力、すなわち散逸的な力と共通の原因を有するということである。ブラウン運動に関するアインシュタイン-スモルコフスキーの関係式は次で与えられる:ここでD は粒子の拡散係数、μ は移動度(外力F に対する粒子の終端ドリフト速度 vd の比 μ = vd/F )であり、この式が両者の関係を示している。またkB はボルツマン定数、T は熱力学温度である。

タイトル: 水理学
1950、1960年代にかけて、電子機器の発達により計測機器などの性能が向上し、また、アメリカの国家航空諮問委員会による風洞実験が盛んに行われた。しかし、これらはそのほとんどが統計乱流理論に基づくもので、「流れ場の変動に対して統計的処理を行えば乱流構造が解明できる」との認識に基づいていた。そういった意味でこの時代は皮肉的な意味合いをこめて「点計測の黄金時代」と呼ばれる。その後、1967年にスタンフォード大学の研究グループが「バースト現象」と呼ばれる現象を発見した。これは、「組織乱流」とも呼ばれ、その名の通り組織だった乱流であり、当時の認識であった「乱流とは完全にランダムである」という定説を覆した。そしてこの組織乱流に関する話題は、コンピューターを用いた数値流体力学の発展と共に、現在も研究が盛んに行われている分野である。

タイトル: 毛細管現象
毛細管現象(もうさいかんげんしょう、英: capillary action)とは、細い管状物体(毛細管)の内側の液体が、外部からエネルギーを与えられることなく管の中を移動する物理現象である。毛管現象とも呼ばれる。地球上での重力に逆らえるほど上昇(場合によっては下降)することもある。主に静電気力が影響している。例えば、ガラス容器に入った液体を側面から観察すると、容器の壁面と接している部分と離れた部分では液面の高さが異なっている。表面張力・壁面のぬれやすさ・液体の密度によって液体上昇の高さが決まる。表面張力を測定する方法の一つとなっている。

タイトル: 気体力学
気体力学(きたいりきがく)とは、気体について研究する流体力学の一分野。主に、気体の運動状態や、気体がその流動の中にある物体に及ぼす力などが研究対象となる。ロケットやジェットエンジンの開発に活用される。通常、気体は連続体と考えてよいが、気体が非常に希薄な場合には気体分子の運動も考慮する必要がある。このような気体力学は希薄気体力学と呼ばれる。

タイトル: ファラデー波
ファラデー波(英: Faraday waves)またはファラデー波紋(英: Faraday ripples)は、振動する容器に囲まれた液体に現れる非線形定常波。マイケル・ファラデー(1791–1867)にちなんで名付けられた。振動数が臨界値を超えた場合、平坦な静水圧表面が不安定になる。これはファラデー不安定性として知られている。ファラデーは最初に、1831年に発行された王立学会のフィロソフィカル・トランザクションズの記事の付録として記述した。液体の層が垂直に振動するピストンのトップに置かれている場合、一定の不安定性の基準である、駆動周波数の半分で振動する定常波のパターンが現れる。これは係数励振の問題に関係する。波は、縞模様、密に詰まった六角形、または正方形や準結晶的なパターンの形をとることができる。

タイトル: 固有運動
現在分かっている、太陽に対する空間速度が最も大きい近傍の恒星はウォルフ424で、毎秒555kmで動いている。近傍恒星のカタログにある星のうち、真の速度が分かっているのは半数を少し超える程度に過ぎない。固有運動は1718年にエドモンド・ハレーによって発見された。彼は、シリウス・アークトゥルス・アルデバランの位置が、古代ギリシアの天文学者ヒッパルコスが約1850年前に記録した位置よりも0.5度以上動いていることから、固有運動の存在に気づいた。

タイトル: ファラデーの法則
ファラデーの法則(ファラデーのほうそく、Faraday's law)とは、イギリスの科学者、マイケル・ファラデーによって発見された物理法則。一般にファラデーの法則と呼ばれる物は二つあり、全く異なる分野の法則である。

タイトル: 懸濁液
懸濁状態において、分散媒は流体(液体、気体等の総称)である。つまり、気体中に固体粒子が分散した状態のものも懸濁している状態である。

タイトル: 粒子
粒子(りゅうし、英: particle)は、比較的小さな物体の総称である。大きさの基準は対象によって異なり、また形状などの詳細はその対象によって様々である。特に細かいものを指す微粒子といった語もある。

タイトル: ピッチドロップ実験
ピッチドロップ実験で最も有名とされるのは、オーストラリア、ブリスベンのクイーンズランド大学で、トーマス・パーネル教授(1881年 - 1948年)が1927年に始めた実験である。この実験の目的は、固体のように見える物質が実は非常に粘性の高い流体であることを学生に教えることであった。実験では、熱したピッチを漏斗に注いで落ち着くまで3年間待ったあと、1930年に漏斗の下部を切ってピッチが流れ出ることができるようにした。その後大きな1滴のしずくが形成されて落下するまでおよそ10年かかった。最近では2000年11月28日に8滴目のしずくが落下している。ここから計算されたピッチの粘性は水のおよそ2300億倍の2.3×10 Pa·s(パスカル秒)である。

タイトル: 流体力学
力学の一分野であり、連続体力学の一部と見なされることがある。下位分類としては、大きく分けると、静止状態を扱う流体静力学(fluid statics)と、運動状態を扱う流体動力学 (fluid dynamics) に分かれる。(ただし、日本では両者をはっきり区別していない人もいる。)工学分野では、水を対象とする水力学(水理学)や空気を対象とする空気力学という分野に分けて扱われることがある。また、流体力学では電気的に中性で電離していない流体のみを扱い、一部ないし全部が電離した流体はプラズマ物理学で扱われる。ただし磁場がない場合のレイリー・テイラー不安定性など、本質的に流体と変わりない場合も存在する。流体静力学のほうは古くから発展した歴史があり、古代ギリシャのアルキメデスがアルキメデスの原理を発見。ブレーズ・パスカルが1653年にパスカルの原理を発見。

タイトル: 密度
1590年頃のガリレオ・ガリレイの『運動について』では、「普通にいう物体の重さ」と「物体本来の固有の重さ」を区別し、「普通の重さ」は浮力や抗力などの外力で変化するが、「本来の重さ」は変化しないものと考えた。ガリレオは「物体の見かけの重さが変化しているときでも、物体の大きさと密度が変わらない」ことを根拠に、物体の本来の重さは「密度×体積」で決まる量であるとした。ガリレオは古代原子論者の考えを引いて「この(同じ)物質から作られている物体の中でも、同じ体積中にこの物質の粒子をより多く含んでいるものが、より密であるとよばれたのである」とのべている。ガリレオは古代の原子論者と同様に、密度を「単位体積当たりに含まれる原子の数」によってあらわされるものと考えた。