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science 水の圧力(水圧)の基礎・基本 (中学理科)
- 2011.11.23 Wednesday
- 理科
- 20:09
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- by アリ
この稿では水の圧力(水圧)の基礎・基本の原理をとりあげます。
(水の圧力の、よく出題される問題についてはこちらをご覧ください。)
水の圧力に入る前に、圧力全般の復習をしておきます。
圧力(圧力全般のくわしい説明は、こちらやこちら)
ある面に力がはたらいているとき、面が力から受ける効果をあらわす量が圧力です。
圧力(Paまたは、N/平方m)=面を垂直に押す力(N)/力がはたらく面積(平方m)
力と重さ
重さとは、物体にはたらく重力の大きさのことです。
そして、重力も力ですから、理科では力と重さは同じものとして扱います。
圧力の問題を考えるときにも大事なことです。
力と重さは同じものであり、力と重さは面に対して同じはたらきをします。
では、水の圧力について、大切なことをまとめます。
水による圧力(水の圧力・水圧)の伝わり方
固体であろうが液体の水であろうが、重力がはたらき、面に対して圧力としてはたらくことは共通です。
固体と液体とのちがいは、力の伝わり方です。
固体にはたらく重力は、下向きにはたらくだけです。
水の場合、水は分子が自由に動き回る液体なので、水にはたらく重力は下向きだけでなくあらゆる向きに、面に垂直にはたらきをおよぼします。
水の圧力(水圧)の大きさ
水の圧力は、水の重さによる圧力です。
わかりやすいように、力がはたらく面の面積を1平方m、面の水面からの深さを1mとして圧力を求めてみましょう。
圧力がはたらく面の上にある水の体積は1m×1m×1m=1立方mです。
水1立方mの質量は1t=1000kgです。
質量100gの物体にはたらく重力を1Nとすると、質量1000kg水の重さは10000Nです。
また、力がはたらく面の面積は1平方mです。
以上を、圧力を求める式にあてはめて計算すると、
圧力=力/面積=10000/1=10000N/平方mです。
面積、深さと水の圧力との関係
面積を半分の0.5平方mにして圧力を求めてみましょう。
深さが1mのとき、面の上にある水の体積は0.5×1=0.5立方mであり、その水の質量は500kgであり、その水にはたらく重力は5000Nです。
圧力=力/面積=5000/0.5=50000/5=10000N/平方m。
深さが同じであれば、力のはたらく面積がかわっても圧力は等しいことがわかります。
次に、面積は1平方mのままで、深さを1mの半分の0.5mにして圧力を求めてみましょう。
水の体積は1×0.5=0.5立方mであり、その水の質量は500kgであり、その水にはたらく重力は5000Nです。
圧力=力/面積=5000/1=5000N/平方m。
深さが半分になれば、圧力も半分になることがわかります。
つまり、水の圧力は深さに比例します。
水の圧力(水圧)で大切なこと
1、水の圧力は、あらゆる向きに、面に垂直にはたらく。
2、水の圧力は、水面からの深さが1mのとき、10000N/平方mである。
3、深さが同じとき、水の圧力は常に等しい。
4、水の圧力は深さに比例する。
以上の4点を理解し、知っていたら、水の圧力の問題は簡単に解くことができます。
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