中1です。「圧力」の計算が苦手です…。
中学生から、こんなご質問をいただきました。
「圧力の計算が苦手です…。
“力の大きさ”と“圧力の大きさ”は
何が違うんですか?」
大丈夫、安心してください。
分かりやすい手順があるので、
ご紹介しますね。
結論から言えば、
・「力の大きさ」は「N(ニュートン)」
・「圧力の大きさ」は「Pa (またはN/m²)」
で答えるものです。
理科が苦手な中1生にも
分かりやすいよう、
以下で丁寧に解説します。
■「圧力」って何?
では、さっそく始めましょう。
水の入ったペットボトル(500mL)を、
手のひらに乗せてみてください。
乗せるときに、
・キャップを上にした(普通の)状態で乗せる
・キャップを下にした(逆さまの)状態で乗せる
という両方を試してみると、
「なんだか、重さがちがうな」
と感じませんか?
実は、同じ大きさの力でも、
面積が大きいと、力はその面に
分散してはたらきます。
反対に、
面積が小さいと、力はその面に
「集中して」はたらきます。
こんな理由で――
逆さまにしたときに
「ちょっと重いな…」と感じるんです。
ペットボトルの底より、
キャップのほうが面積が小さいですね。
キャップの面という
面積の小さい場所に、
力が集中してはたらくために
重く感じるのです。
これを、
◇圧力が大きい
というわけですね。
こんな風に、
イメージをつかむのが理科のコツです。
(鉛筆の先や、針先など、
とがったもの=面積の小さいもの
を指で触ると、
少しの力でも「痛い」のは、
集中して力がはたらくからです。)
…
では、「圧力」という言葉の意味を
もう少しはっきりさせましょう。
理科では、
「1m²あたりの面を垂直におす力」で
面をおす力のはたらきの
大小を表しています。
これが「圧力」です。
「圧力」の単位については、
◇「N/m² (ニュートン毎平方メートル)」
を中学生は使います。
また「Pa (パスカル)」も圧力の単位ですが、
◇1 N/m²=1 Pa
と同じ数値が使えます。
(計算上は同じなので、心配は要りません。)
「圧力の求め方」は、
面を垂直におす力(N)
◇圧力(Pa) = ---------------------
力がはたらく面積(m²)
となります。
計算のコツですが、
「N/m²」の「/」を横にして、
N
Pa = -----
m²
とすると簡単ですよ!
…
■問題を解いてみよう
では、具体例を見てみましょう。
中1理科のよくある問題です。
--------------------------------------------
【問】
600gの直方体で、
面A = 200cm²
面B = 100cm²
面C = 50cm²
の面を持つ物体を、スポンジの上に置いた。
[1]物体がスポンジに加えている力の大きさは?
[2]面Aを下にして置いたとき、
スポンジが物体から受ける圧力の大きさは?
--------------------------------------------
[1]
「どの面が下」とは書かれていません。
こういう時は、「圧力」ではなく
「物体にはたらく力(重力)の大きさ」
を答えればOKです。
600gの物体にはたらく
重力の大きさなので、
600÷100=6(N)
これが答えです。
(「100g=1N」 でしたね。
こちらのページで説明しました。)
[2]
「面Aを下に」とあるので、
これは「圧力」を答えます。
「面A=200cm²」なので、
200÷10000=0.02(m²)
(※ cm² ⇒ m² の変換は
10000で割ります。)
「圧力」は「N/m²」なので、
求めた「6 N」と、
「0.02 m²」を使います。
6
--------
0.02
600 ←分母・分子に×100をすると、
=------- 計算が楽ですよ。
2
=300(Pa) (または 300 N/m²)
簡単に答えが出ましたね!
N/m² の計算法は大事なので、
何度も練習しましょう。
…
<おまけ>
「cm² ⇒ m²」は、どうして10000で割るの?
と思った中学生もいるでしょう。
でもそんな皆さんは、
こちらのページをまだ読んでいませんね?
面積についてよくある疑問を
解説したので、
上記ページを読んでみてください。
その後で戻ってくると、
“すごく分かるようになったぞ!”
と感じるはずです。
基礎から順に積み上げるのが、
成績アップのコツですよ。
…
さあ、中1生の皆さん、
次のテストは期待できそうですね。
定期テストは「学校ワーク」から
たくさん出るものです。
スラスラできるように、
繰り返し練習しましょう。
ものすごい上昇で、周りを驚かせる
ことができますよ!
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