水圧は水深に比例?水の重さと面積から水による圧力の公式を導出する

みみずく先生のプロ家庭教師&ライター奮闘記 小学・中学理科

前ページから明らかになった水圧と水深の関係式を使えば、水圧の計算は楽勝です。

水深3mでの水圧は10000×3=30000Pa

水深5cmでの水圧は5cm=0.05mより10000×0.05=500Pa

計算問題はこれで終わりですが、もう1つだけ水圧の性質を解説しますね。

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水圧はあらゆる方向からはたらく

前ページで計算した水圧では、板の上方にある水の重さだけを考えました。この重さは、地球が水を引っ張る重力でもあります。

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固体ならば、下向きの重力だけ考えればOKです。しかし、水のような液体の場合、液体を構成する分子が自由に動き回るため、面にはたらく力は下向きだけではありません。この力はあらゆる方向から生じて面を垂直におします。つまり、水圧はあらゆる方向からはたらくのです。

上図の板であれば、下からも力がはたらいています。

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下から板をおす上向きの力を忘れないようにしましょう。この力が、水中にある物体を上向きにおしあげる浮力を理解する上で重要だからです(浮力については別記事で解説します)。

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水圧の計算を理屈で考える

「水圧(Pa)=10000N×水深(m)」の公式は便利です。しかし、これは、「100gを1Nとする」という前提でのみ成り立ちます。

高校物理では、水圧をp、水の密度をρ(ロー)、重力加速度をg、水深をhとして、「p=ρgh」と表します。高校生になってから混乱しないように、中学生のうちから水圧の計算を理屈で考えられるようにしましょう。

トップ画像=Pixabay

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