質問: 「容器に閉じ込めた液体の一部に圧力を加えると、その圧力は液体の各部分に同じ大きさで伝わる」という原理を、発見者の名前をとって「何のの原理」という?
回答: パスカルの原理

タイトル: ゲイ＝リュサックの法則
この法則は、1700年から1702年にかけて、一定質量のガスの質量を保って圧力と温度の間の関係を発見したギヨーム・アモントンに因んで、アモントンの法則とも呼ばれる。アモントンは、空気温度計を組み立てる際に以下のことを発見した。一定の質量と一定の体積の気体の圧力は、気体の絶対温度に比例する。簡単に言えば、気体の質量と体積が一定の場合、温度が上昇すると圧力も上昇する。この法則は、温度がケルビン等の絶対尺度で測定される場合、実用的な単純な公式で表現でき、次のように書ける。温度は物質の平均運動エネルギーを測定するもので、気体の運動エネルギーが増加すると、粒子がより頻繁に容器の壁に衝突することになり、従って圧力を上昇させることになる。異なる2つの条件の下にある同じ物質の場合、この法則は次のように書ける。

タイトル: ジャック・シャルル
シャルルの法則は、気体を熱したときの膨張の程度を説明したもので、1802年にジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックが発表したが、彼はジャック・シャルルの未公表の成果を参照して法則名にシャルルの名を冠した。1787年ごろ、シャルルは5つの風船にそれぞれ異なる気体を詰める実験を行った。風船の温度を80°Cまで上げてみたところ、どの風船も同じ大きさまで膨張した。ゲイ=リュサックは1802年の論文でこの実験に言及し、気体における体積と温度の正確な関係を明らかにした。シャルルの法則は、定圧下では理想気体の体積が絶対温度に比例するというものである。すなわち圧力が一定のとき、気体の体積はその絶対温度に比例して増大する。彼が示した式は、V1/T1 = V2/T2 である。

タイトル: 気圧
気体の圧力は、温度や体積の影響を受ける。例えば、気体を一定の体積のまま(容器に閉じ込めた状態に相当する)加熱すると、気圧は温度とほぼ比例して上昇する。このような、気圧と体積、温度についての関係は、ボイルの法則、シャルルの法則、ボイル=シャルルの法則などにより示されている。気体の圧力は、混合気体の場合、構成している気体のそれぞれの圧力(分圧)の合計となる。

タイトル: 圧力
圧力(あつりょく、英: pressure)とは、

タイトル: 流体
また、塑性を持つ固体や、分散系と呼ばれる液体・気体中に固体が分散した状態のものも流体として扱われることがある。体積変化を伴う変形には力が必要だが、これは接触面に垂直な内部の力は発生してもよいからである。いかなる方向の接触面に関しても面に平行な内部の力が発生しないことから、「静止流体において内部の力は接触面に垂直でその大きさは接触面の方向によらず面積に比例すること」が導かれる。この定理を発見者の名前からパスカルの原理と呼び、垂直な内部の力と面積の間の比例定数を圧力(あるいは静水圧)と呼ぶ。なお、以上のことから流体の定義を「静止状態において等方的な応力をもつ連続体」とすることもできる。実在流体は互いに衝突をする離散的な分子から構成される。しかし、連続体モデルでは流体を連続であると、すなわち、密度・圧力・温度・速度といった量は各点で定義され、空間に対して連続的に変化すると考える。

タイトル: 原理
近年では、自然科学で「原理」と言っても、ある理論体系の出発点だけでなく、より基本的な法則から導かれる副次的なものもある。化学の歴史をたどると、決して根本的な事象から先に発見されていったわけではないため、最初は根本原理だと考えられていたものが、後になって、そうでなかったと考えられるようになったものは多いのである。「原理」の他、「法則」「律」など、慣習によって呼ばれ方は異なる。「原理」は自然科学においても用いられることがある用語だが、かなりの拡大解釈を受け、「機械の動作原理」などと言うような用法でもしばしば用いられている。

タイトル: 気体
すなわち、混合気体の圧力はそれを構成する個々の気体の圧力の総和だという法則である。n 種の気体があるとしたとき、この法則は次の式で表される。右の図はドルトンが実験を記録する際に使った記号群を示している。ドルトンの論文には不活性の「弾性流体」(気体)の混合について次のような記述がある。

タイトル: 気体反応の法則
例えば、水素と酸素が反応して水蒸気ができる場合、これらの体積の間にという関係が成立する。これは現在知られている化学反応式の係数に対応している。同様に、水素と窒素が反応してアンモニアができる場合、という関係が成立する。これもやはり、化学反応式の係数に対応している。この法則はジョン・ドルトンの原子論を支持するものと考えられたが、当のドルトンはこの法則を認めなかったという。これは、ドルトンが化合物に含まれる原子の数は基本的に1つずつであると考えており、その考えと矛盾が生じたためであるという。イェンス・ベルセリウスは、この法則の体積比が各化合物の粒子の数の比と対応していることを見いだし、多くの化合物の組成式を推定し、さらにそこから原子量を推定した。ベルセリウスの考えに従うと同じ圧力、同じ温度、同じ体積の気体には同じ数の粒子が含まれるということになる。

タイトル: アルキメデスの原理
なお、上述した説明や法則では、流体の性質が密度(のみ)を通じて反映されており、流体の種類(液体か気体かなど)は問われない。物体の形状や材質にも無関係である。たとえば熱気球は、加熱することで密度を低くした空気が、密度が高いままの周囲大気に対して示す浮力を利用する。水に浮く物体(船など)では、密度の高い塩水の場合には、真水の場合に比べ、体積あたりの浮力が大きくなり、水面下の体積が変化する(水に浮く物体での浮力は物体の質量が及ぼす重力に釣り合うため、物体全体への浮力自体はいずれも質量による重力と一致したままである)。

タイトル: 重力を説明する古典力学的理論
1690年フランスの数学者、ピエール・ヴァリニョンは、重力の起源をすべての方向に圧力を加えるエーテルの粒子によるものとし、さらに空間にはエーテルの通過できない境界が存在するというモデルを提案した。ヴァリニョンによると、物体の境界までの距離は地上までの距離より大きいので、境界の内側の物体の上面に働くエーテルの力は下面からの力より大きくなり地上に押し付けられることになる。1748年にロシアの科学者で物質の原子・分子の構成の概念に関して先駆的な考察をしたミハイル・ロモノーソフは物質の構成要素とエーテルとの相互作用を論じた。物質は高い浸透性があると考えた。しかしながら重力の法則を生じる、エーテルと物質の相互作用について明確な説明はされなかった。1821年にアメリカの学者ジョン・ヘラパスは自らのガスの気体運動理論を重力の起源に適用しようとした。

タイトル: 熱膨張
したがって、観察された液体の水位上昇から算出される体積増加は、その体積の実際の増加ではない。容器に対する液体の膨張は、見かけの膨張 (apparent expansion) と呼ばれ、液体の実際の膨張は、真の膨張や絶対膨張 (real expansion, absolute expansion) と呼ばれる。元の体積に対する温度の単位上昇あたりの液体体積の見かけの増加比率は「見かけの膨張率」と呼ばれている。小さく均一な温度上昇の場合、これらの影響が相加的となる。 液体の体積増加(実際の膨張)は、液体の見かけの体積増加(見かけの膨張)と容器の体積増加を合計したものと等しくなる。そのため実験では2つの膨張率が同時に測定される。液体の膨張測定も、同様に容器の膨張を考慮しなければならない。

タイトル: 密度
日本の書物で初めて浮力の原理に言及したのは文政十年(1827年)の青地林宗『氣海観瀾』である。この書では「称水」の項に浮力の原理が説明され、アルキメデスの発見であると明らかにしている。これを引き継いだ本では密度のことを「本重」という術語で表すようになった。「密度」という訳語は明治になってからの「物理学訳語会」(明治16–18年:1883–1885年)で初めて採用された。比重の語の初出は『理化新説』(明治二年:1869年)である。

タイトル: 理想溶液
すなわち、圧力が十分に低いときには、理想希薄溶液の揮発性の溶質についてヘンリーの法則が成り立つ。

タイトル: アルキメデス
実際には、アルキメデスは自身が論述『浮体の原理』で主張した、今日アルキメデスの原理と呼ばれる流体静力学上の原理を用いて解決したのではと考えられる。この原理は、物質を流体に浸した際、それは押し退ける流体の重量と等しい浮力を得ることを主張する。この事実を利用し、天秤の一端に吊るした冠と釣り合う質量の金をもう一端に吊し、冠と金を水中に浸ける。もし冠に混ぜ物があって比重が低いと体積は大きくなり、押し退ける水の量が多くなるため冠は金よりも浮力が大きくなるので、空中で釣り合いのとれていた天秤は冠側を上に傾くことになる。ガリレオ・ガリレイもアルキメデスはこの浮力を用いる方法を考え付いていたと推測している。工学分野におけるアルキメデスの業績には、彼の生誕地であるシラクサに関連する。

タイトル: 定積過程
T(U,V) の関数形は容器の中にある物質の量と種類で決まる。一般には、内部エネルギー U と容器の容積 V だけで系の状態を一意に指定できるとは限らない。例えば、燃焼などの化学反応が容積一定の断熱容器の中で起こった場合は ΔU = Q = 0 であるが、容器内の温度は変化する。よってこの場合は、系の温度 T を (U,V) の関数として表すことはできない。以下では断りのない限り、 系の状態が (U,V) により一意に定まる場合について述べる。

タイトル: ガリレオ温度計
多くの液体は温度が高くなるにつれ密度が低くなる。これがガリレオ温度計の仕組みの鍵となる。図 3は、緑色の原材料で作られた1キログラムの中空の物体を示す。左の容器では、液体の密度は1リットル当たり1.001キログラムである。物体の重さは物体が押しのける水よりも小さいので、物体は浮かんでいる。 右の容器では、液体の密度は1リットル当たり0.999キログラムである。物体の重さは、物体が押しのける水の質量よりも大きいので、物体は沈む。これは、液体の密度のごく小さな変化も、物体の浮き沈みを決定しうることを示している。ガリレオ温度計では、ガラスの球体は様々な色の液体に部分的に満たされている。それら液体の構成は温度計の機能にとって重要ではなく、単に一定の重さとして機能するのみである。ひとたび手吹きの球体が密閉されれば、それら液体の有効密度は、その下にぶら下がる金属製の下げ札によって調節される。

タイトル: 気体
我々は空気中で生活しているため、化学の分野など、気体を成分に分けて扱おうとすると、周囲の空気と混じってしまいやすいため、特別な工夫を必要とする。流体なので形を定めることが出来ない。しかし、固体の容器に監禁することで利用する例もある。柔らかな素材に閉じこめれば、体積が弾性的に変形するので、衝撃吸収の可能な素材となる。また熱伝導度が低いため、断熱の効果もある。発泡スチロールでは多数の細かい泡のような形で気体を含んでおり、これらの性質を強く示す。

タイトル: 浸透圧
浸透圧(しんとうあつ)は、物理化学の用語である。半透膜を挟んで液面の高さが同じ、溶媒のみの純溶媒と溶液がある時、純溶媒から溶液へ溶媒が浸透するが、溶液側に圧を加えると浸透が阻止される。この圧を溶液の浸透圧という。浸透圧は希薄溶液中において、物質の種類に依存しない法則が成立するという束一的性質の一種である。

タイトル: 重力を説明する古典力学的理論
重力の起源を物体に流れ込む流体による力と考える考え方である。ニュートンは後に、重力の起源について「わたしは仮説をつくらない」として説明しないことを宣言するが、1675年には物質の表面に集積する1種の流体としての重力エーテルを考え、その流れが距離の2乗の逆数に比例する引力を生じるとした。ニュートンに続いて1853年にベルンハルト・リーマンが重力エーテルを非圧縮性の流体とし物質はその流体を吸い込んで、別の場所か別の次元に運ばれるとした。さらに1888年にはイワン・オシポビッチ・ヤルコフスキーがエネルギーの問題を解決するために、吸収されたエーテルは新しい物質に変化すると考えた。この理論に対して加えられる批判はルサージュの重力理論と同じく、エネルギーの保存則に反するし、力の伝達速度の問題も解決していない。エネルギーから物質の生ずるメカニズムも知られていない。

タイトル: ダイラタンシー
すべての物質は固体・液体・気体に分けられる。しかし、砂・砂利・土・穀物・小麦粉・セメントなどの性質はある大きさの1個の固体の性質とは違っている。これらは粉粒体と呼ばれ、その性質が研究され、また利用されている。粉粒体の性質を初めて科学的に研究したのはマイケル・ファラデーと言われる。粉粒体の性質で固体と著しく違うものに体積の変化がある。これはオズボーン・レイノルズにより初めて研究された。1885年に出版された論文で、レイノルズは、「稠密に充填されしなやかな袋に入れられた粉粒体は、袋が変形する際に必ず体積が増える。袋が変形できるものであっても伸縮性がない場合には、加えた力によって袋が破れてしまうか粉粒体の粒子が壊れてしまうまで、どんな変形も不可能である」と観察結果を報告している。

タイトル: 質量保存の法則
質量保存の法則(しつりょうほぞんのほうそく、英: law of conservation of mass)とは、閉鎖系においては時間が経過しても物質の総質量が保たれるという物理学および化学の法則である。閉鎖系内で物質が移動したり、その形状が変化することはあっても質量そのものが生み出されたり、消失したりすることがないことを意味する。例えば化学反応の前の質量と後の質量は等しくなる。質量保存の概念は、化学、力学、流体力学などの多くの分野で広く使用されている。化学反応における質量保存の法則は、18世紀後半にアントワーヌ・ラヴォアジエが精密な実験を行い、提唱した。この法則は、錬金術から化学の現代自然科学への進歩の歴史において非常に重要であった。

タイトル: 浮沈子
この実験は「潜り手」("diver")をピペットに酷似する一端が開いた小さな堅い管を柔軟な部品の付いた大きい容器(例えば2リットル入りのソフト・ドリンクの瓶)の中に置くことでなされる。 その容器は潜り手を見られるように完全に水で満たされ、閉じられる際に気密にしなければならない。 「潜り手」("diver")には水が入る。その量はほぼ中立な浮力を有するのに十分な量の空気をふくませ、それでもやはりほぼ完全に水没させられているあいだは上端に浮かんでいるだけの浮力を有する。「潜り」("diving")が起こるときは、容器の柔軟な部位が内側に圧せられて内圧を高め、「潜り手」("diver")を底に沈めさせ、圧力が解放されると元のように表面に浮上する。浮沈子の中には浮力を与えるだけの空気がある。 したがって、浮沈子は水面に浮かぶ。

タイトル: ダランベールの原理
ダランベールの原理(英語: d'Alembert's principle)は、1743年にフランスの数学者ジャン・ル・ロン・ダランベールが著書「力学論」において発表した古典力学の原理。簡単のために一つの質点を考え、その質量を m とする。それに外界から力 F が加わえられ、質点が加速度 dr/dt で運動する場合を考える。質点の運動を記述するニュートンの運動方程式は、である。これを変形するととなり、これは質点に作用する外力 F に対し、-mdr/dt なる力がかかって全体が力のつり合った(平衡した)状態であるとみなすことができる。このように見かけの力 (-mdr/dt) を仮定することで、運動の問題を力のつり合い(平衡)の問題に帰着させることを、ダランベールの原理という。このとき、見かけの力 -mdr/dt を慣性力(慣性抵抗とも)と呼ぶ。

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: 浸透
浸透(しんとう)とは、溶質の濃度が高い液体と濃度が低い液体が半透膜を隔てている場合、濃度の低い液体から濃度の高い液体へと自然に溶媒が移動し、濃度を同等に保とうとする。この現象では溶媒が動くためにエネルギーが発生している。このエネルギーを浸透圧といい、濃度の差を保つために必要な分の力が浸透圧の力量である。また、半透膜に溶剤の多く混ざった液体を浸透圧以上の圧力をかけながら通すことで溶媒に溶け込んだ高分子物質のような物体の一部を除くことも出来る。細胞膜など多くの生物の多くがこの浸透を利用して生きている。一般に、これらの膜は糖類などのような巨大な分子構造を持っている分子は通さない。また、これに似た現象をも浸透と呼ぶ。思想が受け入れられることを浸透と呼ぶこともある。

タイトル: ストロー
ストローの上方から空気を吸引することで液体を重力に逆らって持ち上げることができる。この作用原理には、大気圧の力が関係している。液体をストロー上方へ運ぶ直接的な力は、コップ内の液体にかかっている空気の重さ、すなわち大気圧の力そのものである。ストローを吸う行為は直接的にはストロー内の空気を吸い出すという行為であり、外部の大気圧に対してストロー内部の気圧を低くするだけの行為である。これによりストロー内部に密着している液体表面だけが大気からの圧力より開放されるが、それ以外の液体表面には依然として大気圧の重みがかかっている状態になる。常に大気圧に押さえ付けられている液体はより低い気圧のほうへ押し出されざるを得ないが、結果的にそこはストロー内部の空間となる。