2006年06月15日

圧力とは?浮力とは!


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圧力とは何か!


単位面積あたりにかかる力」なわけですが


基本的な単位は「Pa」です。パスカル



パスカルが、どれくらいの大きさなのか。


わかりやすい単位に変換すると


1Pa=1N/m2




まー、ようは、1m2あたりにかかる力(N)のことですね。


1m2あたり1Nの力がかかっているときの圧力が、1Pa。



で。


今回話題にするのは、次。


水の圧力、「水圧」。



水圧は、深いほど大きい


深さが同じであれば、あらゆる方向に同じ大きさで働く。




これが基礎知識。



次は、具体的に水圧をパスカルで表す段階です。



水中のある深さでの水圧を知りたいとします。


何で知りたいかは知りません。そこ突っ込んだら理科とか数学とかのテストの答えが全部「求める必要性を感じないので答えません☆」とかそんなんで終わります。

とにかく、ある深さでの水圧を知りたいとします!

そのために、とりあえず、その深さの位置に「水平面」があると考えて、その面にかかっている圧力を考えればいいわけです




その面にかかっている水の重さは、その面の上に乗っかっている水の総重量です。


それを、さっき用意した「水平面」の面積で割れば、圧力、すなわちここでは「水圧」が出せるわけ




では、その面にかかる水の総重量を求めましょうか。




まず、「総重量」はどうやって出すのか。

重量、すなわち「重さ」は、質量×重力加速度だったの、覚えてますか?


これ、基本なんで、覚えておかないといけませんぜ

一応、参照記事



総重量は 質量×重力加速度


次。

「質量」はどう出すか。


質量の単位はkg(`c)。


これは、「1m3(立方メートル)あたりの水の質量(kg)」×「水の体積(m3)」で、出せます。


1m3あたりの水の質量」って、なんだったか覚えてますか?



密度ですよ!密度



密度の単位は「kg/m3



というわけで。



水の総重量=「密度」×「体積」×「重力加速度」




です。




では次。



の前に。「では次」とか書いちゃったけど、ちょっと待って、



「体積」は「底面積×高さ」を思い出しておいてください。確か、小学校で習うはず。


ちなみに、ここで言う「高さ」は、「基準にした『水平面』から水面までの距離」、すなわち「深さ」のことです

では


総重量がわかったところで、圧力を求めましょう。



圧力は、「かかっている力(N)」÷「かかっている面積(m2)」


なわけですがー



ここで、「かかっている力」ってのが、上で言う「水の総重量」にあたります。


水の重さが、例の「水平面」にのっかってるわけですからね



で、「かかっている面積」ってのが、上で言う「水平面」の面積。



つまり、上で使った「体積」すなわち「底面積×高さ」の、「底面積」なわけですよ。



だから、



水圧=(密度×底面積×高さ(深さ)×重力加速度)/(底面積)
  =密度×高さ(深さ)×重力加速度




です。

底面積で約分しちゃうわけですよ!



まあ、考えてみればそうですよね、水圧に、「高さ(深さ)」「密度」「重力加速度」は関係しますが、「面積」は関係しません


面積が広くなったって、かかる圧力は同じ。広がった分だけ、その部分にかかる力分、「かかる力」が大きくなるわけですから




さらにこれ。



地球上だと、なんともうっとうしいことに。




大気圧がかかってたりします。


水だけの圧力+大気圧 を考えなきゃいけないわけですよ



というわけで。 最終的な水圧の公式はー



水圧=密度×高さ(深さ)×重力加速度+大気圧


です!


教科書には記号やアルファベットで

P=ρgh+P0 なんて書いてあったりします。




これが、水圧の公式。



では次にいきましょう!




今回のメイン。



浮力!




水中に物体があるとします。


水圧は、「あらゆる方向にかかる」「深いほど大きい」という性質がありましたよね。



なので、その「物体」にかかる水圧を考えると



「物体の上から下向きにかかる水圧」と「物体の下から上向きにかかる水圧」を考えた時


「物体の上から下向きにかかる水圧」より「下から上向きにかかる水圧」のほうが、深い部分でかかってますよね?


ということは、「下から上向きにかかる水圧」のほうが大きい!ということになります。




なので、結果、下向きの力より上向きの力のほうが大きいので、合成して、


上向きの力が残ります。



この「上向きの力」が浮力




さてさて。


今度は、この浮力の大きさを求めてみましょう。



浮力は、力なので、単位はN(ニュートン)なわけですがー



ーん、いきなり行っちゃいますか



浮力(N)=その物体が押しのけた水の重さ(N)


です!



何故こうなるかって?




たとえば、水とまったく同じ密度の物体を水中に浮かべたとするじゃない。



まったく同じ密度だから、浮きも沈みもしないで、その場に静止します。



静止するってことは、「力がつりあっている」ってことよ?そろそろ感覚的に「静止」って言葉から「つりあってる」って連想できるようになってるといいんだけど・・・・




浮きも沈みもしないけど、重力はかかっています。

そこに、その重力とまったく同じ大きさの、浮力がかかってるから、静止するわけなんでっすね。



というわけで。その浮力の大きさは、その「水とまったく同じ重さの物体」にかかる重力と等しい。



ということは。



体積がAの物体を水中にいれたとすると、それにかかる浮力は「体積Aの水の重さ」になるわけです。


おk? アンダスタン?



体積Aの物体を水にいれれば、当然、体積Aだけ水を押しのけます。



と!いうわけで!



浮力(N)=その物体が押しのけた水の重さ(N)



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posted by 真田正大 at 22:41 | Comment(10) | TrackBack(0) |
この記事へのコメント
とても分かり易かったです
参考にします
Posted by at 2008年09月23日 12:48
ありがとうございます!お役に立てると嬉しいです!
Posted by 真田正大 at 2008年10月18日 19:24
教科書よりもわかりやすいしたのしいし、ほんっとに参考になりました!!ありがとうございます!!(´;ω;`)
Posted by たんば at 2008年11月24日 20:34
ありがとうございます!まさに、教科書よりも楽しくてわかりやすい、ってのを目指しているので、そう言っていただけるとありがたいです。
Posted by 真田正大 at 2008年12月17日 13:48
参考になりました
助かりました(^0^)/

真田正大
ありがとうございます!
Posted by ぷー at 2011年07月28日 11:25
助かったー

真田正大
お役に立てましたでしょうか。コメントありがとうございました。
Posted by るう at 2011年11月27日 22:19
すごく参考になりました!!
教科書より分かりやすくてしかも面白いです
(*´ω`)
ほんとにありがとうございました!!!
Posted by 千 at 2012年01月09日 11:55
テスト勉強のためになりました。これからもページを増やしてください あと浮力の単位はNでいいんですよね?
Posted by テスト勉強ちゃん at 2013年02月24日 01:04
すごくわかりやすかったです!!
ありがとうございました!
Posted by にゃんこ先生 at 2013年03月28日 11:29
くだけた言葉遣いで親しみやすく、とてもわかりやすかったです。

ありがとうございます!!
Posted by BW at 2016年11月14日 22:34
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