流体力学の問題が分かりません

質問

図のようにノズルの大気中に密度ロウの水が体積流量Qで流出している。断面1の圧力p1断面積をA1とし断面2の圧力p2断面積A2としたときp2は大気圧であるが水の圧力に比べて十分小さいので今回の計算では無視できるものとする(p2=0)。いま水がノズルから流出することによって生じるノズルに作用する力Fを求めたい。（水に作用する力-F）とする。

1質量流量と断面1における流速と断面2における流速を求めよ。

2断面1と断面2およびノズル壁面で囲まれた流体に運動量の法則を適用しFとQを含んだ関係式を求めよ(圧力p1は必要であるが圧力p2は無視してもよい)

3Fを密度ロウ、Q、A1,A2によって表現せよ

密度のロウの記号の打ち方が分からないのでカタカナのロウで書いています。

回答No.1

ninoue · ベストアンサー

ベルヌーイの定理(Wikipedia他)を調べてみて下さい。
>>
一様重力のもとでの非粘性・非圧縮流体の定常な流れに対して

v^2/2 +p/ρ+gz = constant

が流線上で成り立つ。ただし、v は速さ、 p は圧力、ρは密度、g は重力加速度の大きさ、z は鉛直方向の座標を表す。
>>

(αβγρ等は、あるふぁ　べーた　がんま　ろー　等と入力してキーボード下段の変換キーを押すか、スペースキーで変換選択するか等で変換出来ます)

質量流量 = Q*ρ
v2 = Q/A2, v1 = Q/A1

v1^2/2 +p1/ρ = v2^2/2 +p2/ρ = v2^2/2

先ず以上が求まります。(同一水平面上で考えているので　z1=z2, zを無視して計算できるので)

力 F は断面1での圧力*面積から求める事が出来ます。

なお正しくは各物理量の単位も含めて答える必要が出てきます。
SI単位系ではsec, m, kg, 力:N, 圧力:pascal=N/m^2 等

Wikipediaの 国際単位系, SI基本単位, パスカル, 単位の換算一覧 等を参照下さい。