3分でわかる圧力の計算！水圧・大気圧の違いも！登録者数95万人人気講師がわかりやすく解説

ライター／小野塚ユウ

この記事の「とある男が授業をしてみた」×「ドラゴン桜」のコラボ記事執筆を担当。自身も大学での研究経験を活かし、現役講師として活動している。

登録者数95万人の人気講師YouTuber「とある男が授業をしてみた」とコラボ！

今回の記事は、人気講師YouTuberの再生回数40万回の授業をもとにまとめています。

ほかにも中学生・高校生向けのわかりやすい授業が多いので、ぜひ見てくださいね。

圧力の基本を学ぼう

圧力（あつりょく）とは、一定の面積にかかる力の大きさをいいます。

くつで雪の上を歩くとズボｯと沈んでしまうのに、スキー板をはいて歩くとあまりしずまなくなる、という経験をしたこと…皆さんもあるのではないでしょうか？

くつの裏のように狭い面積に体重がかかった場合と、スキー板の広い面積に体重がかかった場合、同じ面積にかかる力の大きさはくつのほうが大きいんです。

圧力の単位は「Pa（パスカル）」。公式は以下のようになります。

圧力＝面を垂直におす力（N） / 力がはたらく面積（㎡）

この公式を覚えていないと計算問題が解けません。必ず覚えるようにしましょう！

image by Study-Z編集部

圧力の練習問題

4wp_×6wp_×10wp_で1.2kgの物体があります。これを机の上においたとき、物体が机を押す力はいくつでしょうか？

この力は、”物体全体が力をおす力”のことです。物体は1.2kg=1200g。100gの物体はだいたい1Nの力で机をおす（重力）ので、答えは12Nになります。

image by Study-Z編集部

つづいて、物体の3つの面（A~C）をそれぞれ下にしておいたとき、物体が机におよぼす圧力が小さいのはどの面でしょうか？

圧力が小さくなるのは面積が大きいときですので、小さい順にA→C→Bとなります。

上の3つの面の中でもっとも大きな圧力をおよぼすBについて、実際に圧力の大きさを計算してみましょう。公式から、以下のような式が立てられます。面積の単位に注意してください。

圧力 = 12 N / 0.0024 ㎡
　　 = 5000 Pa

もう一問チャレンジしてみましょう。

Aの面を下にして置き、その上に重りをのせたときの圧力を求めます。おもりをのせた分だけ、机を垂直におす力の大きさは大きくなっていますね。もとの物体の重さと合わせて1.5kg＝1500gです。

Aの面積を使って、先ほどと同じように計算してみましょう。

圧力 = 15 N / 0.006 ㎡
　　 = 2500 Pa

水中ではたらく圧力

水中でまわりの水から受ける圧力を「水圧（すいあつ）」といいます。これは、水にはたらく重力によって生じているものです。

水圧の特徴には、次のようなものがあげられます。

1．深いほど大きくなる

2．あらゆる方向からはたらく

”あらゆる方向からはたらく”というのは大きなポイントです。水中にうかんだ物体があれば、上下左右のすべての面から水圧を受けます。

浮力

水中にうかんだ物体があるとき、その物体の”上面に下向きにはたらく水圧”と”下面に上向きにはたらく水圧”では、”下面に上向きにはたらく水圧”の方が大きくなります。そのため、水中にある物体には上向きの力がはたらくのです。これを「浮力（ふりょく）」といいます。

浮力の大きさは、物体の浮いている水の深さとは無関係。物体の水にしずんでいる部分の体積が大きいほど大きくなります。

水圧・浮力の練習問題

ゴム膜を張ったパイプを水中に入れたときの図が用意されています。水圧の大きさに気をつけながら、書かれていない膜を書いてみましょう。

計算問題も練習してみます。

あるばねに400gのおもりをつるすと30wp_のび、これを水中に入れるとのびは18wp_になりました。水中では上向きの浮力がはたらいているんですね。

image by Study-Z編集部

水中でこの物体にはたらく重力は何Nでしょう？水中であっても、地球上である限りはたらく重力の大きさは変わりませんので、400gのおもりの質量から、4Nとなります。

では、このおもりの水中での重さは何Nでしょうか？4Nで30wp_のびるばねが、水中では18wp_しかのびていません。この関係から、おもりは水中で2.4N分の力をかけてばねを伸ばしているということが計算できます。

減ってしまった1.6N分の力はどこに行ってしまったのでしょうか。そう、浮力によってもち上げられているんですね。このことから、おもりが受けている浮力は1.6Nとなるわけです。

大気による圧力

3本目の動画は大気による圧力についての解説です。

空き缶に少し水を入れて沸騰するまで熱すると、水は水蒸気に変わります。どんどん水蒸気が出ている缶の口にラップをかけ、水をかけて冷やすと…空き缶がすごい勢いでつぶれてしまうんです！

もちろん、手で押しつぶしたわけではありません。空き缶をつぶしたのは大気の圧力である「大気圧（たいきあつ）」という力です。

image by Study-Z編集部

空き缶にラップをして冷やしたとき、缶の中の水蒸気が急に水に変わり、それまでよりも空き缶の中の圧力が小さくなります。実験を始める前までは、空き缶の中にも外にも均等に大気圧がかかっていましたが、缶の中の圧力が小さくなるとそのバランスが崩れ、空き缶を押しつぶしてしまったんです。

なお、水圧は水にはたらく重力によって生じていますが、この大気圧は空気の重さによって生じています。

大気圧の大きさ

上空から海面までの空気にはたらく重力は1㎡あたり約100000N。ここから、海面上の大気圧は約100000Paです。

大気圧はどこでも同じ値、というわけではなく、標高の高いところほど小さくなるということを覚えておきましょう。

ポテトチップスの袋をもって登山に行くと、登るにつれてその袋はふくらみます。これは、大気圧が小さくなって袋をおす力が小さくなり、袋の内側からの圧力の方が大きくなるためです。

また、真空容器にマシュマロを入れて気圧を下げると、形はそのままで、大きさだけが大きくなります。気圧が小さくなったため、マシュマロの中の空気がマシュマロの壁をおす力の方が大きくなるためです。

圧力の計算はよくテストにでる！

前半の圧力に関する問題は、テストなどでとてもよく出題されます。公式をきちんと覚え、単位にも注意しながら圧力の計算ができるようになりましょう。

また、水圧や大気圧についての知識も重要です。普段生活しているとわかりませんが、私たちは日ごろからとても大きな大気圧という力の下で生活し、お風呂に入れば水圧を受けています。その力の大きさや性質について知っておくことは、テストと関係なく必要なことでしょう。

この記事の目次

登録者数95万人の人気講師YouTuber「とある男が授業をしてみた」とコラボ！

圧力の基本を学ぼう

圧力の練習問題

水中ではたらく圧力

浮力

水圧・浮力の練習問題

大気による圧力

大気圧の大きさ

圧力の計算はよくテストにでる！

3分でわかる圧力の計算！水圧・大気圧の違いも！登録者数95万人人気講師がわかりやすく解説

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登録者数95万人の人気講師YouTuber「とある男が授業をしてみた」とコラボ！

圧力の基本を学ぼう