中学校の理科では、「圧力」について学習しますが、圧力の計算方法はよく理解できていますか？
この記事では、「圧力とは」「圧力の単位」「圧力の公式」「圧力の計算」などについて解説しています。
それでは早速、「圧力」について、一緒に学習していきましょう！
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1. 圧力とは
〇 圧力 … 単位面積あたりにはたらく力の大きさのこと
「圧力」は、簡単にいうと「ある面積にどれくらい力がかかっているか」を表す数字です。
2. 圧力の例
「圧力」のイメージが全然わからないんだけど、「圧力」って何者なの？
「圧力」のイメージをつかむために、簡単な例があるから説明するね！
次の２つの場合について、考えてみましょう。
１つは、鉛筆のうらで手を押した場合。もう１つは、鉛筆の芯で手を押した場合です。
同じ力で押したとしても、感じる痛さは全然違うことが想像できますね。
きっと、鉛筆の芯の方が痛く感じますよね。
この２つの痛さが違うのは、何が違うからだろう？
それはずばり、「力の加わる面積」です。
下の図のように、押される面積が大きいと痛くないですが、面積が小さいと痛いです。
このように、同じ力で押しても「感じる強さ（面にはたらく力の大きさ）」は、全然違います。
この「感じる強さ（面にはたらく力の大きさ）」のことを「圧力」といいます。
3. 圧力の単位
① 圧力の単位「Pa 」と 「N/m²」
圧力の単位には、「Pa（パスカル）」、「N/m²（ニュートンマイ平方メートル）」などがあります。
この2つの単位は、どちらもまったく同じ意味で使われ、「１m²あたりに何Nの力がかかっているか」を表しています。
どちらもまったく同じ意味なので、この２つの単位の関係は、次のようになります。
１Pa ＝ １N/m²
中学校では、「Pa（パスカル）」を一番よく使うので、この記事では、「Pa」をメインで使っています。
② 気圧で使われる単位「hPa」
大気による圧力を「気圧」といいます。
気圧では、主に「hPa（ヘクトパスカル）」という単位が使われます。
「hPa（ヘクトパスカル）」と「Pa（パスカル）」や「N/m²（ニュートンマイ平方メートル）」の関係は次の通りです。
１ hPa ＝ 100 Pa ＝ 100 N/m²
ちなみに、「hPa」の「h（ヘクト）」は、「100倍」という意味です。
天気予報では、低気圧の気圧を「953 hPa」のように表します。
4. 圧力の公式
「圧力」は次の公式で求めることができます。
上の式は分数で表していますが、割り算で表すと、次のようになります。
圧力［Pa］ ＝ 面を押す力［N］ ÷ 面の面積［m²］
※注意※
「面の面積」は、必ず「m²（平方メートル）」で計算します。
「cm²（平方センチメートル）」や「mm²（平方ミリメートル）」では計算できないことに注意しましょう。
5. 圧力の計算
それでは、次の問題を解いて、実際に「圧力」の計算をしてみましょう！
【 問 題 １】
下の図のような２kgの直方体があります。Aの面を下にして置いたときにはたらく圧力の大きさを求めなさい。ただし、100gの物体にはたらく重力の大きさを1Nとする。
「圧力」を求めるためには、次の手順をふみます。
① 「面を押す力［N］」を求める
② 「面の面積［m²］」を求める
③ 「面を押す力［N］」÷「面の面積［m²］」で、「圧力［Pa］」を求める
① 「面を押す力［N］」を求める
「面を押す力［N］」は、この直方体にはたらく重力の大きさなので、次のように求めることができます。
（1）「kg（キログラム）」を「g」に直す
２［kg］ ＝ 2000［g］
（ １kg = 1000 g の関係 ）
（2）2000gの物体にはたらく重力の大きさを求める。
2000［g］ ÷ 100 = 20［N］
したがって、この直方体にはたらく重力の大きさは、「20Ｎ」となります。
② 「面の面積［m²］」を求める
次に、「面の面積［m²］」を次の方法で求めます。
（1）「cm」を「m」に直す
10［cm］ → 0.1［m］ ６［cm］ → 0.06［cm］
（ 100 cm ＝ 1 m の関係 ）
（2）面積の計算をする
0.1［m］ × 0.06［m］ = 0.006［m²］
したがって、Aの面の面積は、「0.006 m²」となります。
③ 「圧力［Pa］」を求める
最後に、「面を押す力［N］」÷「面の面積［m²］」をして、「圧力［Pa］」を求めます。
20［N］ ÷ 0.006［m²］ ＝ 3333.333 … ［Pa］
したがって、小数第一位を四捨五入すると、圧力は「3333 Pa」となります。
時間がある方は、BやCの面を下にしたときの圧力も計算してみてください！
6. まとめ
今回は、「圧力」について解説していきました。
最後に、今回のポイントをおさらいしておきましょう！
① 「圧力」とは、「単位面積あたりにはたらく力の大きさ」のこと。
② 圧力の単位には、「Pa」「N/m²」「hPa」などがある。
③ 圧力の公式は、圧力[Pa] ＝ 面を押す力[N] ÷ 面の面積[m²]
それでは、最後まで読んでいただき、ありがとうございました！
中段にある以下の部分、誤りではないでしょうか。
「 １ hPa ＝ 100 Pa ＝ １N/m² 」
1Pa ＝ １N/m² だと思います。訂正をお願いします。
ゆにおんさんコメントありがとうございます。
ご指摘があった部分について確認と訂正をしました。間違いがありご迷惑をおかけしました。
この度はメッセージありがとうございました。自分一人では気が付けない部分も多々あるので、ご指摘いただけるととてもありがたいです。
今後ともかめのこブログをお願いいたします。