水圧の求め方と公式｜圧力・気圧の違いも整理【理科のコツ】
確認問題──圧力・水圧の基礎と発展をチェック
圧力の公式や単位換算、水深と水圧の関係を理解できたか、確認問題で確かめましょう。まずは基礎問題8問に取り組み、余裕があれば発展問題2問にも挑戦してください。解答は問題を解いた後に開いて確認できます。
基礎問題｜公式・単位換算・水圧の性質
- 圧力を求める公式を書きましょう。
- 1Paは何N/m²ですか。
- 100cm²は何m²ですか。
- 40Nの力が200cm²の面積にかかるとき、圧力は何Paですか。
- 同じ水の中にある、水面から5cmの点と15cmの点では、どちらの水圧が大きいですか。
- 同じ水の中で水深が3倍になると、水圧は何倍になりますか。
- 形の違う容器でも、水面からの深さが同じなら水圧はどうなりますか。
- 水圧は水中の物体のどの方向からはたらきますか。
基礎問題の解答を確認する
- 圧力＝力÷面積
- 1N/m²
- 100÷10,000＝0.01m²
- 200cm²＝0.02m²、40÷0.02＝2,000Pa
- 水面から15cmの点
- 3倍（水によって増える圧力を比べた場合）
- 同じ水なら水圧は同じ（水面にかかる圧力も同じ条件）
- 上・下・横から、それぞれの面に垂直にはたらく
確認のポイント：圧力の計算で間違えた場合は、面積をm²に直したか確認しましょう。水圧の比較では、水面からの深さと、水面にかかる圧力などの条件を確認することが大切です。
発展問題｜圧力から力を求める・水深から計算する
- 2,000Paの圧力が0.03m²の面にかかるとき、面が受ける力は何Nですか。
- 水の密度を1,000kg/m³、重力の大きさを10N/kg、水深を0.30mとすると、水によって増える圧力は何Paですか。
発展問題の解答と考え方を確認する
-
答え：60N
圧力＝力÷面積なので、力を求めるときは「圧力×面積」を使います。
2,000×0.03＝60N
-
答え：3,000Pa
水によって増える圧力は、水の密度・重力の大きさ・水深を掛け合わせて求めます。
p＝ρgh
1,000×10×0.30＝3,000Pa
この式では、ρは密度、gは1kgあたりにはたらく重力の大きさ、hは水深を表します。今回は水面にかかる気圧を含めず、水によって増える圧力だけを計算しています。
確認問題が解けたら、次はてこの計算へ
圧力・水圧の問題が解けたら、別の物理単元にも挑戦してみましょう。
てこの問題では、力の大きさと支点からの距離を使ってつり合いを考えます。圧力とは公式が異なりますが、問題文や図から必要な条件を読み取る練習になります。
確認問題でつまずいたところを個別に見直したい場合
確認問題で間違えた箇所があった場合は、公式そのものより、条件の読み取りや単位換算でつまずいていることがあります。とくに、cm²をm²に直す場面、水面からの深さを比べる場面、水圧の向きを図で考える場面は、物理分野の問題でも差が出やすい部分です。一人で見直しにくい場合は、中学受験理科の個別指導で扱う内容を確認できます。
水圧の公式と計算に関するよくある質問
水圧の計算や実験問題で間違えやすいポイントを、質問形式で整理しました。公式だけでなく、水面からの深さ、水圧の向き、気圧との違いも確認しましょう。
水圧の公式は何ですか。
問題で与えられる条件によって、使う式や関係が異なります。
- 面を押す力と面積が分かる場合：圧力＝力÷面積
- 同じ水で深さを比べる場合：水によって増える圧力は水深に比例
- 密度、重力の大きさ、深さが与えられる発展問題：p＝ρgh
p＝ρghで求めるのは、液体によって増える圧力です。水面にかかる気圧を含む全体の圧力とは区別しましょう。
水深が2倍になると水圧も2倍になりますか。
同じ水であれば、水によって増える圧力は水深に比例します。そのため、水深が2倍になると、水によって増える圧力も2倍になります。ただし、水面にかかる気圧まで含めた全体の圧力が2倍になるわけではありません。
同じ深さなら容器の形が違っても水圧は同じですか。
同じ水で、水面にかかる圧力も同じなら、水面からの深さが同じ位置の水圧は同じです。容器の太さや形、容器全体に入っている水の量だけでは決まりません。
水圧は上向きにもはたらきますか。
はい。水圧は水が接している面に垂直にはたらきます。水中の物体の下面には上向き、上面には下向き、側面には横向きの水圧がはたらきます。
水圧と気圧は足して考えますか。
問題文の条件によって異なります。「水によって増える圧力」だけを求める場合はρghを考えます。気圧を含めた全体の圧力を求めるよう指定されている場合は、水面にかかる気圧にρghを加えます。何を求める問題なのかを先に確認しましょう。
深い穴ほど水は遠くまで飛びますか。
同じ水槽にある同じ大きさ・形の穴を比べると、深い穴ほど水圧が大きいため、出口での水の速さは大きくなります。ただし、着地点までの距離は穴の高さなどにも左右されるため、最も深い穴の水が必ず最も遠くまで届くとは限りません。
cm²をm²に直すにはどうしますか。
cm²で表された数値を10,000で割ります。
たとえば、100cm²は「100÷10,000＝0.01m²」です。1m＝100cmですが、面積では1m²＝10,000cm²となります。長さの単位換算と混同しないようにしましょう。
要点まとめ──圧力は面積、水圧は深さを見る
圧力と水圧の問題では、何を求めるかによって注目する条件が変わります。公式・単位・水深の関係を一覧で確認しましょう。
| ポイント | 内容 |
|---|---|
| 圧力の公式 | 圧力＝力÷面積。力はN、面積はm²、圧力はPaで表す。 |
| 単位換算 | 1m²＝10,000cm²。cm²からm²に直すときは10,000で割る。 |
| 水深との関係 | 同じ水では、水によって増える圧力は水面からの深さに比例する。 |
| 同じ深さ | 同じ水で水面にかかる圧力も同じなら、容器の形や横の位置が違っても、水面からの深さが同じ位置の水圧は同じ。 |
| 異なる液体 | 液体の密度が異なるため、深さだけでは液体による圧力を比較できない。 |
| 水圧の向き | 水が接している面に対して垂直にはたらき、物体を上・下・横から押す。 |
| 面が受ける力 | 力＝圧力×面積。同じ水圧でも、面積が広いほど面が受ける力は大きい。 |
| 気圧 | 空気の重さによる圧力。水面に気圧がかかる場合、全体の圧力は水面の気圧と水によって増える圧力を合わせて考える。 |
圧力の計算では、力と面積を確認し、面積の単位をm²にそろえます。
水圧を比べる問題では、容器の太さや水全体の量ではなく、水面からの深さを見ることが大切です。ただし、異なる液体を比べる場合や気圧を含める場合は、ほかの条件も確認する必要があります。
問題文に力、面積、密度などの数値がある場合は、何を求める問題なのかを確認してから式を選びましょう。
次に確認する内容を目的別に選ぶ
圧力・水圧の基本を確認した後は、次の学習目的に合わせて進みましょう。別の物理単元で計算の考え方を練習する方法と、苦手な部分を個別に見直す方法があります。
別の物理単元も学びたい
圧力・水圧の基本を理解できたら、てこの原理やつり合い計算にも学習を広げてみましょう。
てこの解説では、支点・力点・作用点の見分け方、力と距離を使った計算、複数のおもりがある問題を確認できます。後半では、かっ車・輪軸・ふりこの要点も扱っています。
圧力・水圧の苦手な部分を個別に見直したい
圧力の公式は覚えていても、単位換算、水深の判断、実験図の読み取りで間違える場合があります。
自分で復習しても解き方が整理しにくい場合は、中学受験理科の個別指導で扱う内容や対象を確認できます。
圧力・水圧以外の理科単元も調べたい場合は、
中学受験理科専門塾しゅん吉クエストのトップページ
から学習内容やサイト内の記事をご確認ください。
