圧力ヘッドとは？
圧力ヘッド（水頭）とは、ある圧力が支えることのできる流体柱の高さを指します。流体力学や水理学における基本的な概念で、圧力をパスカルではなく、長さ（流体の高さ、メートルやフィート）という扱いやすい単位で表せるのが特徴です。ベルヌーイの定理やポンプの選定、上水道などの配水ネットワークの解析でよく登場します。
この計算ツールの使い方
圧力 \(P\) をパスカル（Pa）、流体の密度 \(\rho\) をキログラム毎立方メートル（kg/m³）、重力加速度 \(g\) をメートル毎秒毎秒（m/s²、地球上では約 9.81 m/s²）で入力してください。すると、その流体柱の高さ（圧力ヘッド）がメートル単位で求められます。水の場合は \(\rho \approx 1000\) kg/m³、水銀の場合は \(\rho \approx 13{,}595\) kg/m³ が目安です。
計算式の解説
この関係は、静水圧の式 \(P = \rho g h\) から導かれます。これを高さについて解くと、次のようになります。
$$h = \frac{P}{\rho \cdot g}$$ここで \(P\) はゲージ圧または絶対圧、\(\rho\) は流体の密度、\(g\) は重力加速度です。同じ圧力でも密度が大きい流体ほど柱は低くなります。水銀の気圧計が、同じ圧力を示す水柱に比べてはるかに短いのはこのためです。
計算例
密度 1000 kg/m³ の水に、101,325 Pa（標準大気圧 1 気圧）の圧力が \(g = 9.81\) m/s² の条件で作用するとします。このとき、
$$h = \frac{101325}{1000 \times 9.81} = \frac{101325}{9810} \approx 10.329 \ \text{m}$$となります。つまり、1 気圧はおよそ 10.3 メートルの水柱を支えられるということです。これは、吸い上げ式ポンプの揚程限界とも一致します。
よくある質問
ゲージ圧と絶対圧、どちらを使えばよいですか？ 解こうとしている問題に合わせて選んでください。ゲージ圧は大気圧を基準としたヘッド、絶対圧は完全真空を基準としたヘッドを与えます。
重力加速度はどの値を使えばよいですか？ 地球の標準重力は 9.81 m/s² です。別の地点や惑星を扱う場合は、その値に合わせて調整してください。
他の単位は使えますか？ この式は SI 単位系で一貫しています。圧力を Pa、密度を kg/m³、\(g\) を m/s² で入力すれば、ヘッドはメートル単位で算出されます。
