クイズ問題: アメンボが水の上をすべることができるのはこの力を利用しているからである、液体がその表面積をできるだけ小さく保とうとする力を何というでしょう?
答え: 表面張力

関連するWikipedia記事の抜粋:
title: ダイラタンシー
text: ダイラタンシーは、不揃いの粒子(浜辺の砂やα澱粉粒子)の隙間に液体が入り込んだ物体に剪断応力(ずり応力、ストレス)が与えられるときに膨張することで起こる。これは、液体を満たした不揃いの粒子が、それを摺り合わせる力となる剪断応力によって回転したときに、互いに出っ張ったところが「かみ込む」ことでつっかえて広がろうとする。ところが隙間は液体が充填されているので、この空間を拡張しようとすると液体に陰圧がかかる。この陰圧による張力が粒子を引き寄せる力となり、膨らみながら粘度が増大する現象である。
title: 濡れ
text: 液体や固体の物質が、気体のように散逸せずにまとまりを維持するのは、それらの内部の原子や分子同士が互いに引き付け合っているためであるが、表面ではその力が物質の面方向に強くはたらき表面張力となって現れる。容器に収められ重力以外の外力を受けていない液体では、自重と表面張力のつり合いによって外形が定まるが、固体では固有の外形を維持する力が強いため表面張力が観察されにくい。ただし、固体と液体が接触する時は液体だけでなく固体の表面張力も顕在化する。液体の表面張力に比べて固体の表面張力が大きいと、固体に接触した液体は自ら球形になろうとするよりも固体の表面に広がろうとして良くぬれる。固体と液体が接触した場合の両者の表面張力の違いによってぬれの度合いが異なってくる。
title: チキソトロピー
text: チキソトロピー(英語:thixotropy)は、ゲルのような塑性固体とゾルのような非ニュートン液体の中間的な物質が示す性質で、粘度が時間経過とともに変化するものである。シキソトロピーとも呼称される。具体的には、剪断応力を受け続けると粘度が次第に低下し液状になる。また静止すると粘度が次第に上昇し最終的に固体状になる。剪断速度が急に変化した場合には、粘度が一定値に安定するのに時間がかかる。
title: ダイラタンシー
text: ダイラタント流体は一般に、液体と、固体の粉末粒子の、混合物である。この流体に外力が加えられて、圧縮されて粒子の隙間がなくなった状態で、さらに大きな剪断応力が働くと、粒子が最も密度が高い充填状態とは異なる、体積が増す位置に無理やり動かされようとすることに対して強い抵抗を示す。外力(圧縮力)と拮抗する内部抵抗力(体積変化=膨張、に伴う力=ダイラタンシー)が生じると、全体として、剪断応力に対してまるで固体のような抵抗を示す状態に移行する。しかし外力を加えるのを止めてしまえば、粒子の隙間が広がって、圧縮力と対向する力がともに働かなくなり、元の液体の状態に戻る。
title: 表面張力
text: 分子と分子の間には、分子間力と呼ばれる引力が作用している。液体中の分子は、あらゆる方向から他の分子からの分子間力の作用を受けて自由エネルギーが低い状態にある。一方、表面上にある分子はダングリングボンドをもつため内部の分子からは作用を受けるが、気体の分子からはほとんど作用を受けない。すなわち、表面上にある分子は内部の分子と比べて大きな自由エネルギーを持つことになり、より不安定な状態にあると言える。その結果、表面をできるだけ小さくしようとする傾向が現れる。表面張力は、その界面が不安定であればあるほど大きくなるため、界面活性剤などの影響により変化する。
title: 気体
text: 粘度は流れにくさを示す流体の物性の一つであり、せん断変形速度に依存する。液体はせん断力を加えられたとき常に流動するが、その速度に応じて抗力が生じる。気体は液体に比べて粘性が低く、粘性なしとして扱われることも少なくない。気体が全く粘度も持たないとすると翼の表面に固着することはなく、境界層は形成されない。デルタ翼の研究においてシュリーレン写真を使い、気体粒子が互いにくっつきあう現象があることが確認された。
title: 液体
text: 液体表面(水面)は一種の弾性膜のように振る舞い、表面張力が見られ、滴や泡が形成される。表面張力によって生じる現象としては他に毛細管現象、濡れ、表面張力波などがある。
title: ゼータ電位
text: ゼータ電位は界面の性質を評価する上で重要な値である。特にコロイドの分散・凝集性、相互作用、表面改質を評価する上での指標となる。コロイド粒子は構成分子 / 原子間のファンデルワールス力を総和した長距離引力を普遍的に有する。これは常にコロイド粒子に凝集しようとする傾向を与える。一方、コロイド粒子は溶媒中で対イオンによる電気二重層をまとっており、粒子同士がある程度接近すると互いの二重層が重なり、浸透圧による斥力が生じる。この斥力が粒子間ファンデルワールス力に打ち勝てば、コロイド粒子が分散する。この現象を定量的に説明した理論がDLVO理論である。浸透圧以外の斥力として、親水性粒子の場合の溶媒和力(溶媒吸着による立体斥力)などがある。
title: 傾圧
text: 傾圧(けいあつ、baroclinity、baroclinicity)とは、流体が等圧面と等密度面(等温面)が交差する状態にあること。傾圧の流体では、等圧面と等密度面を一致させようとする力が働き、流れ(擾乱)が発生する。
title: 接着
text: 吸着という現象でも知られているが、二つの物質はファンデルワールス力により結びついている。ファンデルワールス力は物質内の正電荷と負電荷とを帯びた部分により二つの物質が引き合う力である。正電荷や負電荷への分極は、分子が永久分極している場合の力(キーソム力)と普遍的に生じる分子の電子が乱雑に動き回ることで、一時的に電子の密度が偏ることで発生する力(ロンドン分散力)とがある。
title: ソフトマター
text: ソフトマターの大きな特徴のひとつに力学的振舞いが変形の速度に依存することがあげられる。すなわち、ソフトマターのほとんどは、変形の速度が大きいと流動的に振舞うのに対し、変形の速度が小さいと弾性的に振舞うのである(粘弾性)。具体的な例を挙げると、皿にのったゼリーを指でそっと触れば、ゼリーから反発力を感じる。このとき、指を離せばゼリーはもとの形に戻る(弾性)。しかし、強く指を押し付けると、指はゼリーにつきささり、指を離してもゼリーの形は元に戻らない(粘性)。
title: 動的弾性率
text: 日常的に目にする粘弾性体の例としてはゼリーがある。ゼリーの\"ぷるるん\"とした性質に粘弾性の本質がある。この”ぷるるん”とした性質は、粘弾性体による応力-ひずみ間の位相遅れの帰結であり、これを定量的かつシステマティックに表現したものが、動的弾性率である。従って、動的弾性率を理解する前に、粘弾性体による応力-ひずみ間の位相遅れについて理解しておく必要がある。
title: ダイラタンシー
text: 粉粒体と言うより懸濁液という方が近い状態でも、ダイラタンシーの影響で普通の液体とは違う現象が起きる。そこで「粘度がせん断速度増大によって上昇する現象をダイラタンシーという」という定義がFreundlichにより、レオロジーの立場から定義を拡張して使われるようになった。
title: コアンダ効果
text: コアンダ効果は噴流が粘性の効果により周りの流体を引き込むこと(英: entrainment)によって起きる現象である。
title: キャビテーション
text: 圧力が変化すると沸騰などによって生じた気体の体積も変化し泡の大きさが変わる。膨張と収縮を繰り返しながら圧力の上昇に応じてしだいに小さくなってゆく。小さくなる過程で、プロペラのような硬い表面近くの泡は粘性と表面張力も作用して、その表面に張り付きながら泡の遠い側がくぼみ、ジェットの勢いで表面に衝突して泡は分裂する。このジェット流で硬い表面にエロージョン(壊食)が発生する。この過程は次の気泡運動力学のレイリー(Rayleigh)の運動方程式で記述されるらしい。
title: ゴム
text: これはゴムの弾性がエントロピー弾性と呼ばれる、他の固体とは異なる機構で実現しているからである(他の固体ではエネルギー弾性という)。ゴムの弾性は、本来規則構造を持たない(非晶質)分子の配列が、外部からの力により規則的(結晶組織)になり、これが元の不規則な配列に戻ろうとするときの力によるもので、熱力学的には応力によるエントロピーの低下(ギブス自由エネルギーの増加)が元に戻ろうとする力による弾性である。
title: カロリック説
text: 物体に熱を加えると膨張する。これは、物体内のカロリックの量が増え、その斥力により物体を押し広げたからだと説明できる。
title: 摩擦
text: 物体が変形したとき、その内部でエネルギーの一部が熱に変わる現象を内部摩擦という。理想的な弾性体では応力と変形量は線形の関係にあるが、一般の物質では変形を増加させるときと減少させるときとで応力が異なる(弾性ヒステリシス(英語版))。動摩擦において、弾性平面上を接触点が滑っているとすると、その前方では接触点によって面が押し込まれて圧縮変形を受け、後方では凹んだ面が元に戻る時に接触点を前に押し出している。理想的な弾性体ではこれらの仕事はつり合うが、弾性ヒステリシスが存在すると、圧縮の際に面が受ける仕事の方が変形回復の際に放出する仕事よりも大きくなる。すなわち運動体のエネルギー損失を招く。
title: 摩擦
text: 流体層の間に相対的な速度差があると、それを減少させるようなせん断力がはたらく。これによって流体内部で流れに対する抵抗力が生じることを粘性という。日常的には粘性は「濃い」「ドロッとしている」のように表現される。水は「サラサラ」としていて比較的粘性が低いのに対し、蜂蜜は「ドロドロ」であって粘性が高い。流体の粘性が小さいほど変形させたり運動させたりするのが容易である。
title: ダイラタンシー
text: このようにダイラタンシーはもともとは粉粒体の体積(容積)が変化することであるが、粉粒体のすき間にある液体や気体が体積変化に伴って粉粒体から急に出たり吸いこまれたりすることにより、予想しにくい現象が起きるため、そちらが注目されるようになった。例えば濡れた手ぬぐいを絞ると水が出てくるが、濡れた砂に急に力を加えると砂から水が引いて乾いて見える。「少量の液体を含んだ粗大粒子系が急激な歪みをうけることにより硬化する現象はダイラタンシーといわれる」という定義が出てくる。
title: 重合体
text: もう一つの要因は張力効果である。ダイを通っている間、ポリマー内部では速度勾配があり、中心部で最も張力が大きく、外側に行くにつれ張力が小さくなる。このため、外側に向けて圧力が生じる。ダイを出た後、この圧力によってポリマーは膨らむ。ダイが短いとき弾性流入効果が、長いとき張力効果がバラス効果の主な要因となる。
title: 重合体
text: 高分子の濃厚溶液やポリマーの溶融体に棒の一部を浸して棒を回転させると、液面は棒の近くほど勾配的に上昇する。見掛け上、液体は棒に巻き付きながら這い上がる。この現象をワイセンベルク効果(英: Weissenberg effect)と呼ぶ。これは、棒の回転により液体が流動している部分では張力の合力は内向き(棒に向かう方向)に働くために起こる。ニュートン流体の場合、合力は外向き(棒から離れる方向)に働き、棒の近くほど液面はへこむ。
title: カロリック説
text: ラヴォアジエによると、物体の状態は、粒子同士をつなぎとめる力(引力)と、引き離す力(斥力)の力の関係性で決まる。そして、斥力に当たるものが熱(すなわちカロリック)である。固体は引力の方が勝っているのでその形状を保っている。熱が加わる(すなわちカロリックが増える)と、カロリックの性質である反発力により物体の斥力が増し、物体は液体となる。さらにカロリックが増えると斥力は完全に引力を上回り、物体は気体となって拡散する。
title: 摩擦
text: 流体摩擦もしくは摩擦抵抗とは、物体の周りを流れる流体と物体表面との相互作用から生じる抵抗力である。流体摩擦は抗力の式から導かれ、流速の自乗および物体の表面積に比例する。流体摩擦は物体周辺の境界層における粘性抗力から発生する。流体摩擦を低減するには、流体が周りをなめらかに運動できるような物体形状(エーロフォイル、翼型)を採用するか、物体の長さと断面積を可能な限り減らす方法がある。
title: ゼリー
text: ゼリーは一般に弾性のある半固体であり、触れた際の抵抗を持つが強い圧力などによってはつぶれるという特徴がある。同様の特徴をもつ物質・物体についてもゼリー状と称することがある。化学的にはコロイド溶液のゲルである。
title: 流体静力学
text: 液体が寸法の小さな管の中に入っている場合、表面張力の効果が重要となり、毛細管現象によりメニスカスを形成する。この毛細管現象は生物学系においては難解な効果をもたらし、植物の木部に水を流す2つの仕組みのうちのひとつ、蒸散引力 (Transpirational pull) に関連している。
title: 重合体
text: ポリマーの最大の特徴は、典型的な粘弾性体であることである。高分子濃厚溶液とポリマー溶融体(高分子濃厚系)はチキソトロピー流体であり、粘度は一定ではない。剪断ひずみ速度が大きくなると粘度は小さくなり流動性は大きくなる。これは、低分子濃厚系はニュートン流体であって粘度は一定であることと対照的である。チキソトロピー性はポリマーの成型加工および、塗料や食品などの工業用品の性能に大きな影響を与える。
title: 対流
text: 対流(たいりゅう、英語: convection)とは、流体において温度や表面張力などが原因により不均質性が生ずるため、その内部で重力によって引き起こされる流動が生ずる現象である。
title: 液体
text: 一般に液体と固体の基本的違いとして、固体がせん断応力に対して弾性的抵抗を示すのに対して、液体はそうではないという点が挙げられる。したがって液体の分子運動は縦波(フォノン)に分解でき、横波は非常に秩序立った結晶質の固体でのみ現れる。すなわち、単純液体はせん断応力という形で加えられた力に耐えることができず、力学的にそれに降伏し巨視的には塑性変形(粘性流)を起こす。さらに言えば、固体はせん断応力に対して局所的に変形するだけで全体の形が保たれるのに対して、液体はナビエ-ストークス方程式で表される粘性流となって大きく変形・流動する。この点が固体と液体の力学的な違いとされている。
title: グリース
text: 剪断応力がない、または非常に小さいとき、グリースは固体である。流動性はない。このとき、グリース内部では増稠剤の繊維状の高分子同士は化学的な相互作用により結合している。この結合の発生を架橋(cross-linking)という。この相互作用により繊維は網目状の立体構造(網目構造、network structure)を形成している。グリース内部で基油は網目構造の間隙を満たしている。この網目構造が、微小な剪断応力範囲でグリースを固体にしている。網目構造が形成されてグリースが固体となっている状態をゲル状態といい、網目構造による高い粘性を構造粘性(structural viscosity)という。
title: 物質の状態
text: ある種の液体は非ニュートン流体であり、せん断応力に依存して粘度が決まるため、一定の流れの条件の下ではアモルファス固体となる。簡単に説明する例は、コーンスターチの懸濁液であり、これは止まっている時には液体だが、突然力が働くと固体のように振舞う。この性質はダイラタンシーと呼ばれる。一方、ペンキ等のように、チキソトロピーとして知られる全く逆の効果を示す懸濁液もある。
title: 表面張力
text: 液滴重量法では、気中の毛管の底部に液体を流して液滴を成長させ、表面張力で支えきれなくなって落下する液滴の重量から表面張力を求める。
title: 表面張力
text: ヤングが表面張力の存在を明らかにする前から観察されていた現象が毛管現象/毛細管現象である。毛管現象とは、液体中に入れた細い管の内部で、液面が外側の自由表面より上昇(下降)する現象である。
title: 物理吸着
text: 物理吸着(ぶつりきゅうちゃく, physisorption)とは、流体分子(吸着質)が固体表面(吸着剤)との間に働くファンデルワールス力によって固体表面に濃縮される現象をさし、吸着のうちの一分野にあたる。一般に、ファンデルワールス力は、イオン結合や共有結合等の相互作用と比較して格段に弱い相互作用であるため、物理吸着した分子は加熱・減圧等の操作によって容易に脱着する。
title: ダイラタンシー
text: ダイラタンシー(英: dilatancy)とは、ある種の混合物が示す、遅いせん断刺激には液体のように振る舞い、より速いせん断刺激に対してはあたかも固体のような抵抗力を発揮する性質である。この現象が起こる物体をダイラタント流体あるいはダイラタンシー流体と言い、非ニュートン流体の一種である。
title: 在郷軍人会
text: 流体力学におけるキャピラリー数(キャピラリーすう、Ca)は、粘性力と異なる流体間の境界に作用する表面張力との比を表す。例えば、流れの中にある気泡は、粘性の効果によって変形しようとするが、表面張力はその効果によって表面積を最小の状態にしようとする。キャピラリー数は、次のように定義される。
title: 界面
text: 界面近傍の分子は、周囲を取り囲む同一種分子の総数が内部より少なくなるために、同一種分子の相互作用で安定化されている内部の分子より自由エネルギー的に不利な状態になる。つまり、内部と比べて過剰の自由エネルギーをもつことになり、これを界面自由エネルギー(interfacial free energy)という。この界面自由エネルギーを低下させるために、界面はできる限り小さくなろうとする。これが界面張力(interface tension)であり、単位面積当たりの界面自由エネルギーとなる。気体との界面の場合は表面張力という。
title: 界面
text: 理想気体のように分子相互作用(分子間力や静電気力など)がなく凝縮しない場合には、複数の成分を混ぜ合わせても、乱雑さ(エントロピー)が増大する方向に自発的に変化する、つまり混合して均一となる。しかし、分子間相互作用があり、凝縮相となる実在分子において、異種分子間の相互作用より、同一種分子間の相互作用のほうがはるかに強いとき、混合するよりもそれぞれが相分離して、同一種同士の相互作用で安定化するほうが有利となる。このとき、相分離した二つの相の境界が「界面」である。例えば、水分子同士には分子間力よりかなり強い水素結合が働く。油の分子同士では互いに弱い分子間力しか働かない。ゆえに、水は水分子同士で固まっていたほうが安定であり、水と油は混ざり合わないのである(ただしそれでも超音波細動などで水素結合を切って分子レベルで均一にすることはできる)。
title: ベナール・セル
text: 2枚の板を使った場合には、浮力だけが対流の駆動力になる。このタイプの対流はレイリー・ベナール対流という。上の板がなく液体が空気に接している場合は、浮力だけでなく表面張力も影響を与える。上層の温度にゆらぎが現れ、温度が上がった部分は表面張力が下がる。液体は表面張力の低い所から高い所へ流れる(マランゴニ効果)ため、表面にも高温から低温へ水平方向の流れが生じる。従って低温の液体は下へ移動し、これも対流の駆動力となる。これをベナール・マランゴニ対流といい、セルの構造はさらに複雑になる。
title: グリース
text: グリースのずり流動化の程度は剪断速度のみで一意に決まらず、荷重がかかる時間も関与する。例えば軸の回転速度を一定にして回転を続けたとき、軸と軸受けの間を満たすグリースの粘度は一定でない。時間経過とともに粘度は減少する。この性質を揺変性(チクソトロピー)という。揺変性は、グリースのゾル状態は時間とともに段階的に進行することに由来する。荷重の間に時間経過とともに増稠剤繊維の分離と方位性配列は進行する。
title: ダイラタンシー
text: 濡れた砂浜を歩くと、足跡のまわりが乾いて見える現象は膨張の原理で説明できる。即ち、足が地面を押えつけると砂は局所的に体積を増やして変形し、そのため粒子間の間隙が増えて、それが表面の水を吸い込むため、まわりが乾いたかのような錯覚を与える。ここで特筆すべきことは、レイノルズの原理の前提、特に粉粒体が「稠密に充填されている」という条件は、絶対に欠かせないことである。体積が変化するのは粒子の配列が変わるためであり、固体・液体・気体の体積は全方向から圧縮すると変わる(圧縮力が減ると増える)が、粉粒体はせん断するだけで増える。
title: シリーパティー
text: シリーパティーの一風変わった流動性は、主成分ポリジメチルシロキサンが粘弾性物質であることによる。粘弾性とは非ニュートン流体的な性質の一種で、長いタイムスケールでは粘性流体として、短いタイムスケールでは弾性体として振る舞うことを指す。加えた力の強さにともなって見かけの粘性が増えるので、シリーパティーはダイラタント流体とみなせる。
title: ピッチドロップ実験
text: ピッチドロップ実験(ピッチドロップじっけん、英語: Pitch drop experiment)は、ピッチの流れを観察するために非常に長期にわたって行われる実験である。ピッチとは非常に粘性が高くて固体に見えるような物質を指す総称で、たとえばアスファルトなどはピッチの一種である。室温では、ピッチはとてもゆっくり流れて、数年かけて一滴のしずくを形成する。
title: ダイラタンシー
text: ダイラタンシーはオストワルド式(冪乗法則)S = k D において、剪断応力(ずり速度、または剪断ひずみ)D の指数n が 1 よりも大きい場合を指す。ちなみにn = 1 の場合をニュートン流動(粘性流動)といい小分子の液体の多くはこの性質を持つ。また、n < 1 の場合を擬粘性流動といい、濃度 1 % 以下の高分子の溶液やクリームはこの性質を示す。
title: カロリック説
text: 物体の温度が変わるのは熱の出入りによるのであろうとする考えは古くからあったが、熱の正体はわからなかった。18世紀初頭になって、カロリック(熱素)という目に見えず重さのない熱の流体があり、これが流れ込んだ物体は温度が上がり、流れ出して減れば冷える、とするカロリック説が唱えられた。カロリックはあらゆる物質の隙間にしみわたり、温度の高い方から低い方に流れ、摩擦や打撃などの力が加わることによって押し出されるものとされた。この考えは多くの科学者によって支持され、19世紀半ば過ぎまで信じられていた。
title: 潤滑剤
text: グリースは増ちょう剤に潤滑油を保持させることで揺変性(チキソトロピー)を与えた、粘着性の潤滑剤。揺変性物質は静置状態では流動せず、外から力を加えられることで流動性を示すが、流動に要する力の大きさをちょう度と呼び、ちょう度が大きいほど柔らかいグリースである。グリースは温度が高くなると増ちょう剤の3次元網目構造の崩壊などにより、静置状態においても非流動性を保てなくなるが、その温度を滴点と呼んでいる。
title: カラギーナン
text: 特徴としては、力(せん断応力)をかけると容易に流動し、静置すると粘性を回復してゲル状になる性質(チキソトロピー)がある。この性質は工業的利用に有利で、特に食品に用いた場合には食感が滑らかになるという利点もある。これから以下のような用途に用いられる。
title: 表面張力
text: 次の4つはいずれも液滴や気泡の形状をヤング・ラプラスの式で近似することにより表面張力を求める方法であり、前提条件として液滴や気泡は静止しており粘性、慣性は無視できる(表面張力と重力だけで形状が決まっている)ことが必要である。
title: 粘弾性
text: 一般に粘性は液体の、弾性は固体の性質と考えられる。どちらもそれぞれにおける変形のしやすさ(しにくさ)を表すものであるが、その様相には大きな差がある。固体は加えられた力に応じて変形するが、加えた力がなくなれば元の形に戻る。液体の場合にはやはり変形するが、力がなくなっても元には戻らない。
title: 粘弾性
text: 粘弾性体は、弾性体と粘性体の間の性質を持つ。力を加えて変形させ、その応力(力÷面積)を一定に保つとひずみ(変形長さ÷元の長さ)は徐々に大きくなる。このとき、ひずみ速度(ひずみ÷時間)は時間経過に伴い大きくなる。言い換えれば、ひずみを一定に維持しようとするとき、必要な応力は加速度的に小さくなる。完全弾性体では応力とひずみは比例関係にあり、応力を一定に保つとひずみは変化しない。完全粘性体に力を加えるとエネルギーは熱となり失われる。ひずみが一定のとき、応力は無くなる(0になる)。
title: 沸点
text: 過熱が起こるのは、液体の表面張力のためである。一般に液体中の気泡内部の圧力は、気泡を包む液体の表面張力のため、外圧よりも高くなる。この圧力差は表面張力に比例し、気泡の半径に反比例する。それゆえ沸点では
title: 重合体
text: 高分子の濃厚溶液やポリマーの溶融体をゆっくり流動させると、流体はわずかに変形するが、流れに沿った(流動方向に平行な)面だけに応力(剪断応力)が生じる。これは、流動方向の平行面と垂直面への応力がほとんど等しいためである。しかし、高速で流動させると流体は流れの方向へと伸長する。このとき、流体は元の形に戻ろうとし、張力が生じる。
title: 液体
text: 液体(えきたい、英: liquid)は、物質の三態(固体・液体・気体)の一つである。気体と同様に流動的で、容器に合わせて形を変える。液体は気体に比して圧縮性が小さい。気体とは異なり、容器全体に広がることはなく、ほぼ一定の密度を保つ。液体特有の性質として表面張力があり、それによって「濡れ」という現象が起きる。
title: 焼結
text: 互いに接触している粉末粒子は熱力学的に非平衡な状態にあり、表面の面積を減少する方向に物質の移動が起こり、粉末粒子間に結合が生じて緻密な物体となる。つまり焼結の駆動力は物質の表面が持つ自由エネルギーを最小にしようとする力、すなわち表面張力である。形状が凸形となっている部分から凹形となっている部分へ物質が移動することによって粒子間の接触面積が拡大し、粉末粒子間の接触面中心部付近から接触面周辺部へ物質が移動することによって粒子間の距離が短くなる。焼結は物質が移動する機構によって以下のように分類される。
title: G・I・テイラー
text: この時期の業績も多岐にわたる。その一つに流体の体積粘性率(bulk viscosity, second viscosityとも)についての成果がある。テイラーはで気体の泡を含む非圧縮性の流体を考察した。この流体がひろがる過程で生じる泡の散逸は液体のずり粘性で決まり、これにより体積粘性率を簡単に計算できるのである。他にも管中の流れでの進行方向(longitudinal)への散逸、多孔質(porous)の面中の流体の運動、シート状の流体のダイナミクスについての研究がある。
title: 弾性
text: ゴムのように、金属などに比べて大きな変形をする材料の弾性は エントロピー弾性に分類され、金属材料等の示す弾性(エネルギー弾性)とは弾性の生じる原理が異なる。材料科学ではこのような物質をエラストマー(elastomer)と呼ぶ。
title: 摩擦
text: 静止摩擦係数は物体の変形特性と表面粗さによって決まるが、その起源をたどれば、それぞれの物体の内部や表面の原子、あるいは吸着分子の間にはたらく化学結合である。静止摩擦の大きさを決める上で、物体表面のフラクタル性、すなわちアスペリティのスケーリング挙動を記述するパラメータが重要な役割を持つことも知られている。
title: エントロピー弾性
text: 具体的には閉空間に閉じ込めた気体や、高分子系物質に外力を加えて引き伸ばした際にエントロピーが低下し、エントロピー増大則によってミクロブラウン運動が(高分子系の場合は)起こり、元の形状に戻ろうとする力が生じている。
title: 船舶工学
text: アルキメデスの原理から、液体や気体といった流体中の物体にはそれが押し退けた流体分の重量と等しいだけの上向きの力が作用する。これが浮力の原理であり、浮力は流体(船舶の場合には水)の密度と重力加速度、物体が流体中に占める体積の積として算出できる。
title: 対流
text: マランゴニ対流とは、流体表面の表面張力が不均質になることが原因で流体の流れが駆動される対流のことである。名前はイタリアの物理学者カルロ・マランゴニ(英語版)にちなむ。マランゴニ対流が起きると表面張力の低いほうから高いほうへ流れが生じ、周りの液体の表面張力を下げるように広がっていく。最初の表面張力の変化は主に温度差、濃度差が原因となる。ひとたびマランゴニ対流が発生すると、流れにより温度や濃度が不均質になるため、ある条件では準定常的な対流が持続する。
title: アイソスタシー
text: アイソスタシー(英: isostasy)とは、比較的軽い地殻が、重く流動性のある上部マントルに浮かんでおり、地殻の荷重と地殻に働く浮力がつりあっているとする説。地殻均衡(説)ともいう。
title: ガラス転移点
text: 温度を下げて融点以下にしたときも結晶化速度が遅いため一部分しか結晶とならないことが多い。結晶とならない部分では、ある温度以下では上記のレプテーションも妨げられ、絡み合い点で鎖状分子同士が結合して架橋点となった網目構造となりゴム弾性(エントロピー弾性)を持つようになる。これをゴム状態と呼び、架橋点では分子同士が結合されているが架橋点間の鎖状部分は自由に運動できる。この架橋は加硫ゴムにおけるような化学結合による架橋(化学架橋)とは区別して物理架橋と呼ばれる。
title: 非圧縮性
text: 連続体力学における非圧縮性(英語: incompressibility)とは、連続体の密度が変形の前後で変化しないような性質を表す。連続体力学では質量保存則を考えるため、密度が一定であるならば体積も一定となる。非圧縮性を有する材料として、流体では河川を流れる水や音速を超えない範囲で運動している空気が挙げられる。これらを総称して、非圧縮性流体と呼んでいる。一方で、固体の場合は、ゴムに代表される超弾性体や降伏した金属などのような塑性体が挙げられる。
title: 分子間力
text: 電荷的に中性な原子や分子においても分子間力が作用する。気体が冷却されて液体や固体になるのは、分子間力が存在するためである。水滴がガラスに付いたり接着剤がものをくっつけたりするときの力も分子間力であるから、単に分子の間の力に限定するのも好ましくはない。分子間力は最初にオランダのファン・デル・ワールスによって、相転移の研究のために導入された。そのため、分子間力自体をファンデルワールス力と呼ぶこともある。
title: 表面張力
text: 表面張力(ひょうめんちょうりょく、英語: surface tension)は、液体や固体が、表面をできるだけ小さくしようとする性質のことで、界面張力の一種である。定量的には単位面積当たりの表面自由エネルギーを表し、単位はmJ/mまたは、 dyn/cm 、mN/mを用いる。記号にはγ, σが用いられることが多い。
title: 水ポテンシャル
text: 水が土壌中の粘土や砂の粒子のような固体粒子と接しているときには、水と固体の間の分子間力が重要となる。水分子と固体粒子の間、そして水分子の間の分子間力によって、表面張力が生じるため、土壌間隙内にメニスカスが形成される。この水を固体粒子から引き離すためには、メニスカスを壊す力が必要となる。マトリックポテンシャルの大きさは、メニスカスの大きさと土壌粒子表面の化学的な性質に依存する。
title: ケチャップ
text: 流体としての特性としては非ニュートン性を持つ非ニュートン流体(剪断速度に対して粘度が変わる流体:水やシリコンオイルは剪断速度に対して粘性は一定なのでニュートン流体)であり、急激な圧力を加えたり、かき混ぜると粘性が下がる。
title: ニュートン流体
text: ニュートン流体(ニュートンりゅうたい、英: Newtonian fluid)は、流れのせん断応力(接線応力)と流れの速度勾配(ずり速度、せん断速度)が比例した粘性の性質を持つ流体のこと。
title: グリース
text: 一方、ゾル状態で剪断応力が小さくなると見かけ粘度は増加する。この粘度増加をずり粘稠化(shear thickening)という。ずり粘稠化は繊維の方向が無秩序に戻ることに伴う。剪断応力が降伏値を下回った時、再び繊維間は架橋し、立体構造は復活する。そしてグリースはゲル状態に戻る。
title: 対流
text: 熱対流の体系的な研究は、1900年にフランスのアンリ・ベナール(フランス語版)による実験から始まった。パラフィン、鯨油などの粘性の高い流体層の下面を一様に加熱すると、加熱された流体は浮力により上昇するため、流体内部に半定常的な細胞状の模様(対流セル)が形成されることがある。細胞の中心付近では上昇流、境界付近では下降流になっている。これをベナール・セルと呼ぶ。1916年にレーリー卿は、その理論的な解析を行った。そのことから細胞状のパターンが生ずる熱対流をレーリー=ベナール型対流と呼ぶ。
title: 牛乳
text: 水分中に離散している脂肪やカゼイン(タンパク質)の微粒子が光を散乱して白く見える。コロイドのチンダル現象の好例として、理科の教科書などで引き合いに出される。牛乳を温めると表面に膜が張るが、これをラムスデン現象と呼ぶ。
title: チキソトロピー
text: 逆に、剪断応力を受ける時間が長くなるほど粘度が上昇するものもあり、この性質はレオペクシー(Rheopexy)または逆チキソトロピーと呼ばれるが、例は少ない(粘土の懸濁液など)。
title: 電気抵抗
text: 導体の電気抵抗は温度によって変化するが、同時に歪みによっても変化する。導体に張力(物体を引き伸ばそうとする応力)をかけると、長さが延びて断面積が小さくなる歪みが生じるため、電気抵抗は高くなる。逆に圧縮すると、電気抵抗は低下する。この現象を応用して歪みを測定する「ひずみゲージ」がある。
title: 浮力
text: 浮力の原因はアルキメデスの原理によって説明される。物体は流体から圧力(静水圧)を受けている。このとき圧力は物体の上と下では異なり(富士山の頂上の気圧と麓の気圧のように)、下から受ける力の方が大きい。この物体が受ける上下の力の差が浮力である。すなわち、物体には上向きの力が作用する。
title: ロベルト・トーレス・モラレス
text: 溶媒和(ようばいわ)とは、溶質分子もしくは溶質が電離して生じたイオンと溶媒分子とが、静電気力や水素結合などによって結びつき取り囲むことで溶質が溶媒中に拡散する現象のことである。
title: グリース
text: グリースは非ニュートン流体の塑性流体であり、加わられる剪断応力によってその粘度を変化させる。これに対して液体の潤滑油はニュートン流体であり、一定の温度では剪断応力に関わらず粘度が一定である。潤滑油のようなニュートン流体の(絶対)粘度はニュートンの粘性法則の比例定数(粘性係数)であり、計算者は剪断速度と掛けることによって剪断応力を導き出すことができる。このようにニュートン流体とグリースで粘度の意味合いと用途が大きく異なる。絶対粘度と区別するため、グリースのような非ニュートン流体の粘度は見かけ粘度(apparent viscosity)という。
title: 土壌
text: 水浸しになったフィールドは重力によってまずは重力水を排水し、水分量が圃場容水量に達すると、水が土粒子の表面に粘着・結合する力、すなわち保水力によってこれ以上排水が進みにくくなる。その状態では、植物は水を吸い上げるために吸引圧をかける必要がある。この圃場容水量の状態から、植物が利用できる水の量を有効水分量という。有効水分量を利用しきってしまうと、残りの水は植物が吸い上げる力が足りなくて利用することができないので、そのような植物が利用できない水の量を無効水分量という。その時の吸引圧は 1500 kPa (15 bar) の永久しおれ点であり、種は発芽せず、植物はしおれてやがて枯死する。水は重力、浸透圧、毛細管現象の影響を受けて移動する。水が土に入ると、土壌中のマクロポアから空気を浮力によって追い出し、団粒中に空気を封入させて団粒を破壊する。この現象をスレーキング (en) という。
title: 摩擦
text: 動摩擦には相対運動の種類によって滑り摩擦と転がり摩擦の区別があり、一般に前者の方が後者より大きな摩擦力を生む。また、摩擦面が流体(潤滑剤)を介して接している場合を潤滑摩擦といい、流体がない場合を乾燥摩擦という。一般に潤滑によって摩擦や摩耗は低減される。そのほか、流体内で運動する物体が受けるせん断抵抗(粘性)を流体摩擦もしくは摩擦抵抗ということがあり、また固体が変形を受けるとき内部の構成要素間にはたらく抵抗を内部摩擦というが、固体界面以外で起きる現象は摩擦の概念の拡張であり、本項の主題からは離れる。
title: 超弾性
text: 超弾性(ちょうだんせい、Hyperelasticity)とは、物体を構成する物質の力学的特性の数理的表現のひとつであり、ひずみエネルギー密度関数(単位体積あたりのひずみエネルギーを表す弾性ポテンシャル)を有することが特徴である。超弾性を有する物質を超弾性体とよび、ゴムの最も簡易なモデルとして登場したことに由来して、数十%~数百%の大ひずみ状態を想定している。
title: 濡れ
text: 表面のぬれやすさは接触角によって定量的に測ることができる。表面張力が小さい固体はぬれにくく、液体が付着したときの接触角は大きくなる。反対に、表面張力が大きい固体はぬれやすく、液体が付着したときの接触角は小さくなる。テフロンなど撥水性のある物質の表面では接触角は180°に近くなり、液滴はほぼ球形になる。一般に原子結合が強く安定した物質は表面エネルギーが小さく、活性が低いため酸化などの反応も起きにくい。また、表面に光沢のある固体は、そうでないものに比べ接触角が大きくなる傾向がある。
title: 表面張力
text: 濡れとは、固体と接する気体が液体で置き換えられる現象である。 表面の濡れやすさの程度は接触角θで表される。接触角とは、固体表面が液体及び気体と接触しているとき、この3相の接触する境界線において液体面が固体面と成す角度のことである。接触角は各界面の表面張力と関係があり、表面張力の小さい固体は濡れやすく、液体が付着したときの接触角が鋭角になる。反対に、表面張力の大きい固体は濡れにくく、接触角が鈍角になる。この関係を表すトマス・ヤングによる次の式をヤングの式という。
title: スーパーキャビテーション
text: スーパーキャビテーション(英: supercavitation)は液体に起きる物理現象であるキャビテーションの利用方法である。いくつかある利用例ではいずれも、キャビテーションを意図的に大量に発生させて、物体と周囲流体との摩擦を小さくし、抗力を減らす効果を利用している。キャビテーションによって物体周りの液体は気化するが、気体の密度が液体よりもずっと小さいため、抗力が減少する。
title: 加護野忠男
text: 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。
title: 粘液
text: 粘液の成分は生物によって、また粘液細胞の種類によってさまざまであるが、一般的にはムチンと総称される糖タンパク質と、糖類、無機塩類などからなる。分子量の大きなタンパク質などを含む粘液は高分子ゲルとしての要素を備え、粘性が高いだけでなく弾性(ヌルヌル、あるいはネバネバした感じ)をも持ち併せる。
title: 流体静力学
text: 物体はどのような形であっても、流体にその全部または一部が浸された場合に、その場所の圧力勾配と反対の方向に正味の力の作用を受ける。圧力勾配が重力によるものである場合、正味の力は重力とは反対、即ち鉛直に働く。この鉛直力は浮力とよばれ、押しのけた流体の重さと同じ大きさで重力とは反対の方向に働く。
title: 分散系
text: また、分散系溶液(コロイド溶液、ゾル)の粘性はその分散系の構成により多様な性質を示す。例えば多くのゾルは構造粘性と呼ばれるずれ応力に対して見かけの粘性度が低下する性質を示したり、逆にゲルと呼ばれるような流動性を失い固体様の性質を示したりする。
title: オクラホマ大学
text: 吸湿性(きゅうしつせい、英語: hygroscopicity)とは、物質が水分を吸収、もしくは吸着する性質のことである。セルロース鎖を持つ砂糖などが、空気中の水分を吸収して溶ける性質(潮解)が身近な例である。
title: ファンデルワールスの状態方程式
text: 一方、係数 a は分子間引力(ファンデルワールス力)の効果を表現している。分子が互いに引き合うために、気体が容器を押す圧力は小さくなる。一つの分子による引力の効果は隣接する分子の数に比例し、それが分子ごとにあるので、全体としては体積当たりの分子数(密度)の二乗に比例すると考えることができる。
title: 固体
text: 固体は液体のような流動性を示さない。元の形から変化することを変形 (deformation) と呼び、原形からの変形の割合をひずみ (strain) と呼ぶ。加えられた応力が十分低ければ、ほとんど全ての固体でひずみと応力は比例する(フックの法則)。その比例係数を弾性率またはヤング率と呼ぶ。フックの法則が成り立つ変形の範囲を「弾性域」と呼ぶ。固体が応力に対してどう反応するかについては、3つのモデルがある。
title: ダレトモ
text: ひずみエネルギー (Strain energy)は、原子の結合により生じたひずみを原因とする分子が有するエネルギー。ひずみエネルギーが大きいほど分子は不安定となり、よりエネルギーの低い構造になろうと変形をする。
title: 凸凹
text: 流体と接する物体の表面に凹凸があると摩擦抵抗が生じるため、凹凸の大きさや形状を管理して流量や流速を調整する。また、その摩擦抵抗を利用して滑走防止のために用いられる。
title: クリープ
text: クリープ(creep)は、物体に持続応力が作用すると、時間の経過とともに歪みが増大する現象。主に高温環境下における材料の変形を説明するために用いられる。
title: 摩擦帯電
text: 摩擦帯電(まさつたいでん)とは、静電気による現象の一種で、異なる二種の物質を擦り合わせることで、一方から他方へ電荷(多くの場合、電子)が移動する。物質同士が接触すると、それぞれの仕事関数の差によって物質間で電子が移動することが主な要因である。
title: 西宮銀行
text: 流動層(りゅうどうそう)または流動床(りゅうどうしょう)とは、上向きに流体を噴出させることによって、固体粒子を流体中に懸濁浮遊させた状態をいう。粒子に働く流体の力と重力とがつりあい、全体が均一な流体のように挙動する。
title: 潮解
text: 潮解(ちょうかい)は物質が空気中の水(水蒸気)をとりこんで自発的に水溶液となる現象のこと。 潮解は、結晶表面に微小体積の飽和水溶液があり、その飽和蒸気圧が大気中の水蒸気圧より小さいときに起こる。大気中の水蒸気が飽和水溶液表面に取り込まれ、飽和水溶液が薄まる。しかし結晶の物質量は十分に大きく多少の水が結晶を溶かしても結晶が溶け尽くすことはない。したがって飽和水溶液の量は増え続け、やがてすべての結晶を溶かし、さらにその溶液の水蒸気圧が大気中の水蒸気圧と等しくなるまで薄まっていく。そうなると、それ以上の水の吸収は停止する。
title: 粘弾性
text: 粘弾性(ねんだんせい、英: viscoelasticity)とは粘性と弾性の両方を合わせた性質のことである。基本的にすべての物質が持つ性質であるが、特にプラスチックやゴムなどの高分子物質に顕著に見られる。
title: 赤血球
text: ずり応力とは流体力学・ストークスの関係式で説明される力で、円筒管内を流れる流体の速度は管壁近傍では遅く、円筒管中央では早く、またその流速度の変化率は管壁に近いほど大きい。このとき生じる速度差によって生じる力がずり応力である。したがって、流れの遅い血管、あるいは血管の中央付近では赤血球に掛かるずり応力は小さくなり、血管壁付近や血流の早い血管内ではずり応力が大きくなる。ずり応力が小さいと赤血球は集合しやすく、しかし、一旦集合した赤血球もずり応力が大きくなると分離する。
title: カロリック説
text: 1つは、物質に含まれるカロリックの量は、その物質の熱容量に比例するという考えである。例えば、物体が固体から液体になる時には、熱容量(比熱)が大きくなるため、物質が含むことの出来るカロリックの量が多くなり、物体は周囲からカロリックを吸収する。こうした熱容量の変化は、気体の膨張や圧縮の際にも起こり、気体が圧縮された時は熱容量が減少するため、物質が含むことの出来るカロリックの量も少なくなり、余ったカロリックが熱として周囲に放出される。この現象は、水を含んだスポンジを圧縮すると、スポンジから水が溢れ出す現象に例えられる。この説は元々ブラックの弟子のウィリアム・アーヴィンによって生み出されたもので、後にアデア・クロフォード(en)が発展させた。カロリック説登場後は、ドルトン、クレマン、デゾルムなどがこの説を支持した(以下、杉山に倣って、この説を「アーヴィン流」と呼ぶ)。
title: 静水圧平衡
text: 静水圧平衡(せいすいあつへいこう、英: hydrostatic equilibrium)とは、主に流体において重力による収縮と圧力勾配による膨張とが釣り合った状態を指す。日本語では静力学平衡とも呼ばれる。
title: 摩擦
text: 現在一般に理解されているところでは、動摩擦の原因は大きく分けて3つある。(1) 摩擦面のあちこちにある真実接触部が化学結合を作り(凝着)、滑り面の運動とともに破断と再凝着を繰り返す(凝着摩擦)。(2) 表面の凹凸が互いにぶつかり合って弾性変形を起こし、そのときに内部摩擦によって力学的エネルギーの一部が熱に変わる(弾性変形抵抗)。(3) アスペリティがもう一方の面に突き刺さり、面を掘り起こしながら進んで行くため仕事が必要となる(掘り起こし摩擦)。その他の塑性変形を4つ目に数えることもある。これらの3つの原因による抵抗力をそれぞれ F 1 {\\displaystyle F_{1}} 、 F 2 {\\displaystyle F_{2}} 、 F 3 {\\displaystyle F_{3}} とすれば、摩擦力はその和で与えられる。