油圧

水力学（古代ギリシャ語のὕδωρ（húdōr）「水」とαὐλός（aulós）「パイプ」に由来）^{[ 2 ]}は、液体の機械的特性と使用に関わる工学、化学、その他の科学を用いた技術および応用科学である。  

流体力学を基礎とする水力学は、加圧された液体を介してエネルギーの利用を制御するために用いられる。古代から人類の歴史の一部であり、水力学に関するトピックは科学の一部分野とほとんどの工学モジュールに及んでいる。

自由表面水理学は、河川、運河、湖沼、河口、海などで発生する自由表面の流れを扱う水理学の一分野である。その下位分野である開水路流れ学は、開水路内の流れを研究する。

流体力学は、流体の特性を利用した応用工学に焦点を当てた水力学の理論的基礎を提供します。流体動力の応用では、水力学は加圧された液体を使用して動力の発生、制御、および伝達に使用されます。水力学のトピックは、科学の一部と工学モジュールの大部分に及び、管内流、ダム設計、流体力学、流体制御回路などの概念を網羅しています。水力学の原理は、血管系や勃起組織など、人体でも自然に使用されています。^{[ 3 ] [ 4 ]}

自由表面水理学は、河川、運河、湖沼、河口、海などで発生する自由表面の流れを扱う水理学の一分野である。その下位分野である開水路流れ学は、開水路内の流れを研究する。

ごく基本的なレベルで言えば、油圧とは気体を扱う空気圧の液体版である。

水力利用の初期の歴史はメソポタミアと古代エジプトに遡り、紀元前6千年紀から灌漑が行われ、紀元前2千年紀初頭からは水時計が使用されていました。その他の初期の水力利用例としては、古代ペルシャのカナート水路、古代中央アジアのトルファン水路、古代メキシコのピエドラス・ボラス水道などが挙げられます。

スリランカ

古代スリランカでは、アヌラーダプラとポロンナルワの古代王国で水力学が広く利用されていました。^{[ 17 ]}水の流出を調整するための弁塔、または弁ピット（シンハラ語でビソコトゥワ）の原理の発見は、2000年以上前の創意工夫によるものとされています。^{[ 18 ]}西暦1世紀までに、いくつかの大規模な灌漑施設が完成しました。^{[ 19 ]}スリランカのシギリヤでは、家庭の園芸や農業のニーズを満たすためのマクロおよびミクロの水力学、表面排水と侵食防止、装飾およびレクリエーション用の水路と擁壁構造、冷却システムが設置されていました。この場所の巨大な岩の上の城塞には、水を貯めるための貯水槽があります。スリランカの古代の大きな貯水池は、カラウェワ (ダトゥセナ王)、パラクラマ サムドラ (パラクラマ バフ王)、ティサ ウェワ (ドゥトゥガムヌ王)、ミンネリヤ (マハセン王) です。

ギリシャ・ローマ世界

古代ギリシャでは、ギリシャ人は高度な水力および水力発電システムを構築しました。その一例として、エウパリノスが公共契約に基づいてサモス島に水路を建設した「エウパリノスのトンネル」が挙げられます。水車の使用の初期の例としては、おそらくヨーロッパで最も古いペラコラの水車（紀元前3世紀）があります。^{[ 20 ]}

ギリシャ・ローマ時代のエジプトでは、クテシビオス（紀元前270年頃活躍）とアレクサンドリアのヘロン（紀元10～80年頃）による最初の水力機械オートマタの製作が注目に値する。ヘロンは、多くのローマ遺跡で水の汲み上げや消防車に使われていたことが知られている力ポンプなど、水力を使ったいくつかの作業機械について記述している。^{[ 21 ]}

ローマ帝国では、公共水道、無数の水道橋、水車による動力、水力採掘など、さまざまな水利技術が開発されました。彼らは、谷を越えて水を運ぶためにサイフォンを最初に利用した民族の一つであり、大規模な水路掘削によって金属鉱石を探査し、採掘しました。彼らは、家庭用および公共用の給水システム、例えば浴場への給水などに鉛を広く使用しました。

紀元前25年にアウグストゥスによって征服されたスペイン北部の金鉱地帯では、水力採掘が用いられていた。ラス・メドゥラスの砂金鉱山は、彼らの鉱山の中でも最大規模の一つであった。少なくとも7本の長い水路がそこで操業しており、水流は軟らかい鉱床を侵食し、その後、貴重な金成分を洗い流すために利用された。^{[ 22 ] [ 23 ]}

16 世紀半ば、イタリアのエンジニア、ジュゼッペ・チェレディは、アルキメデス式スクリューポンプの設計を改良し、数学的原理を応用して灌漑と排水の効率を向上させ、その開発に対する特許を取得しました。チェレディの革新は、1567 年のTre discorsi sopra il modo d'alzar acque da' luoghi bassiに記録されており、南ヨーロッパ全域でこの技術が広く採用されるきっかけとなりました。 ^{[ 32 ] [ 33 ]} 1619 年、ガリレオ・ガリレイの弟子であるベネデット・カステッリは、現代の水力学の基礎の一つである「Della Misura dell'Acque Correnti」または「On the Measurement of Running Waters」という本を出版しました。彼は1626年から、教皇領における河川管理、すなわち水利事業に関して教皇の主任顧問を務めた。^{[ 34 ]} 1500年から1800年までのイタリアにおける水の科学と工学に関する書籍や手稿は、2022年に出版された図解カタログで紹介されている。^{[ 35 ]}

ブレーズ・パスカル（1623年～1662年）は、流体力学と静水力学を研究し、特に水力流体の原理に着目しました。水力学の理論に関する彼の発見は、油圧プレスの発明につながりました。油圧プレスは、より小さな面積に作用する小さな力を、より大きな面積に作用する大きな力へと増幅し、両方の場所で同じ圧力（または圧力の正確な変化）を介して伝達します。パスカルの法則または原理は、静止した非圧縮性流体の場合、圧力差は高さの差に比例し、流体全体の圧力が外部からの力によって変化しても、この差は変わらないと述べています。これは、密閉された流体内の任意の点で圧力を増加させると、容器内の他のすべての端でも同じように圧力が増加することを意味します。つまり、液体の任意の点で加えられた圧力の変化は、減衰することなく流体全体に伝達されます。

フランスの医師ポアズイユ（1797-1869）は、体内の血液の流れを研究し、流れが生じる管の直径と流量の関係に関する重要な法則を発見した。^{[ 36 ]}

19世紀には、いくつかの都市が、エレベーター、クレーン、巻き上げ機などの機械を動かすために、都市全体の水力発電ネットワークを開発した。ジョセフ・ブラマ^{[ 37 ]}（1748～1814）は初期の革新者であり、ウィリアム・アームストロング^{[ 38 ]}（1810～1900）は産業規模での動力供給装置を完成させた。ロンドンでは、ロンドン水力発電会社^{[ 39 ]}が主要な供給者であった。同社のパイプはロンドンのウェストエンド、シティ、ドックの大部分に供給していたが、ドックや鉄道貨物ヤードなどの単一企業に限定された計画もあった。

生徒が水力学の基本原理を理解した後、教師によっては水力学のアナロジーを用いて他の事柄を生徒に理解させることがあります。例えば、次のような場合です。

• MONIACコンピュータは、油圧部品を流れる水を利用して、学生が経済学について学ぶのを支援する。
• 熱水力学のアナロジーは、水力学の原理を利用して、学生が熱回路について学ぶのに役立ちます。
• 電子工学と油圧工学のアナロジーは、油圧の原理を利用して学生が電子工学について学ぶのを助けるものです。

質量保存の法則と流体の圧縮性を組み合わせると、圧力、流体の流れ、体積膨張の間に基本的な関係が得られます。以下に示すように。^{[ 40 ]}

${\displaystyle {\frac {dp}{dt}}={\frac {\beta }{V}}\left(\sum _{\text{in}}Q-{\frac {dV}{dt}}\right)}$

非圧縮性流体、または圧縮率と流体体積の比が「非常に大きい」と仮定すると、有限の圧力上昇率を実現するには、収集された流体体積への正味の流入によって体積変化が生じる必要がある。

• 親和法則
• ベルヌーイの原理
• 油圧ブレーキ
• 油圧シリンダー
• 水理工学
• 水文学
• 国際水環境工学研究協会
• 小型油圧機器
• 二次制御油圧駆動装置

• ラーシッド、ルシュディー、モレロン、レジス (1996)、『アラビア科学史百科事典』、ロンドン：ラウトレッジ、ISBN 978-0-415-12410-2。

• パスカルの原理と水力学（アーカイブ版）
• 水力学の原理
• IAHRメディアライブラリ（写真、アニメーション、ビデオのウェブ資料）
• MIT水力学講義ノート