運動量拡散

運動量拡散とは、一般的に、流体状態にある物質の粒子（原子または分子）間で運動量が拡散、つまり広がる現象を指します。この運動量の輸送は、流体の流れのどの方向にも起こり得ます。運動量拡散は、外部圧力、せん断応力、またはその両方によって引き起こされる可能性があります。

非圧縮性流体に圧力を加えると、流体の速度が変化する。流体は、流れの方向に対する圧力の相対的な方向に応じて加速または減速する。これは、流体に圧力を加えることで、その方向に運動量が拡散するためである。拡散の正確な性質を理解することは、圧力による運動量拡散を理解する上で重要な側面である。^{[ 1 ]}

平板に沿って流れる流体は、接触点で平板に付着します。これは滑りなし条件として知られています。これは平板と流体の間の付着力の結果です。壁の存在は、流体中のある一定の距離（壁面と流れに垂直な方向）まで影響を及ぼし、これは境界層として知られています。

壁に接していない流体層は、一定の速度で流れ、2つの流体層に挟まれた状態になります。このとき、そのすぐ上の層（より速い速度で流れている層）は、流れの方向にその層を引きずり込もうとし、一方、そのすぐ下の層（より遅い速度で流れている層）は、その層の流れを遅くしようとします。流体層間の引力は凝集力によるものであり、粘性は流体内部の凝集力の性質と強さを説明する特性です。

流体が流れている板に対して一定の力を及ぼし、流れの方向に引っ張ろうとするのはよくある現象である。平板も流体に対して同等の力を及ぼす。（ニュートンの第三法則）

平板に平行な流体の流れに関する実験では、せん断応力として知られる力が数学的に次のように表されることが明らかになった。

$${\displaystyle \tau =-\mu {\frac {du}{dy}}}$$

これは直交座標系における一次元流体流れにのみ有効であることに注意してください。$\displaystyle \tau }$は流体の任意の層におけるせん断応力であり、${\displaystyle du/dy}$（すなわち、流れに垂直な方向の速度勾配と平板の面積）は局所勾配であり、${\displaystyle \mu }$粘度です。

せん断応力の単位は力/単位面積です。これは${\displaystyle N/m^{2}}$MKSシステムでは、これは次のように解釈することもできます。${\displaystyle kg/m{\cdot }s^{2}}$しかし、これらは運動量フラックスの単位でもあります。流体中のせん断応力が運動量フラックスとして解釈されるのは、まさにこのためです。運動量の拡散は速度が減少する方向です。つまり、運動量は上層の流体（運動量が大きい）から壁に近い流体（速度が遅いため運動量が小さい）へと伝達されます。

「運動量拡散」という表現は、単一の粒子が特定の運動量を持つ確率の拡散を指す場合もある。 ^{[ 2 ]} この場合、運動量空間で拡散するのは確率分布関数であり、多くの粒子間で拡散するのは（保存される）運動量ではない。