今日、油圧技術は広く普及しており、シャワーを浴びたり、庭に水をまいたり、火を消す人すべてに恩恵をもたらしています。しかし、17 世紀から 18 世紀にかけて、圧力降下の乱れのない安定した水の流れが大きな進歩となりました。 1666 年、バケツ消防隊がまだ最善の防御線であったとき、ロンドン大火により市内の密集した木造建物のほぼすべてが焼失しました。この災害により数十万の家屋と数十の教会が破壊され、より優れた消火方法と消火設備の必要性が浮き彫りになりました。

1725 年のニューシャム消防車は、著者にウィンドケッセル効果を研究するきっかけを与え、圧力下で安定した水流という永続的な技術の背後にある物理学を捉えました。写真提供: 画像提供: コロニアル ウィリアムズバーグ財団

ファイアイノベーション

画期的な進歩は、手動の水ポンプに取り付けられた革製のチューブである「水吸いワーム」の発明でした。その後、木製の馬車の底にある部屋で、空気を圧縮し、ホースを通して継続的に水を汲み上げて安定した水流を作り出す Windkessel が登場しました。

著者は、1725 年の消防車にインスピレーションを得て、AIP 出版発行の American Journal of Physics に記事を発表し、圧力室内の Windkessel 効果を分析して、この広く使用され永続的な技術の背後にある物理学を捉えました。

著者のトレバー・リップスコム氏は次のように述べています。「何世紀も前の本や論文には、多くの魅力的な物理学の問題が隠されています。最近、私たちは基本的な流体力学を生物学的システムに適用する方法を研究しており、医学雑誌で新しい方法を発見しました。一般的な説明: 心臓はウィンドケッセルに似ていますが、そこから疑問が生じます: ウィンドケッセルとはいったい何ですか? 手がかりに従って、私たちはロフティンの「水を吸うワーム」装置の説明を見つけ、ニューシャムの消防車の救命アプリケーションです。」

物理学および消防設備

どの要因が Windkessel 効果に最も大きな影響を与えるかを判断するために、著者らは、チャンバーの初期条件、バケット フリートの充填速度 (流入量)、圧力上昇の時間、および出力流量への影響を比較しました。

「ロフティンの設計やニューシャムの消防車を見ている物理学者は、そこに基礎科学が存在するという理由だけで、関係する基礎科学を整理したいと思う。それが物理学の楽しい部分だ。それは教育の側面でもある」とリップスコム氏は語った。 「私たちの論文は、ニューシャム消防車がどのように機能するかを示す単純なモデルを構築しています。『いつこれを使用するのか?』という質問にある程度答えることができます。」

次に、著者らは心臓大動脈系に関与する生理学的ウィンドケッセルを研究する予定である。

「ベルヌーイの法則、理想気体の法則、等温膨張の知識は、この装置がどのように機能するかを調査するためのモデルを構築するために使用した 3 つの要素でした」と Lipscomb 氏は述べています。 「しかし、システムをよりよく理解できれば、それらの重要なパラメータを研究し、それらを変更することでデバイスがどのように改善されるかを確認できるようになります。」

コンパイルされたソース: ScitechDaily