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──基礎と発展に分けてチェック
基礎問題
- 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
- 同じ水なら水圧は同じ
- 上・下・横から、それぞれの面に垂直にはたらく
発展問題
- 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。
発展問題の解答を確認する
- 2,000×0.03＝60N
- 1,000×10×0.30＝3,000Pa
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：水圧は水深に比例
- 密度、重力の大きさ、深さが与えられる発展問題：p＝ρgh
水深が2倍になると水圧も2倍になりますか。
同じ水で、水面にかかる圧力などの条件が同じなら、水圧は水深に比例します。そのため、水深が2倍なら水圧も2倍です。
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、水面からの深さが同じなら水圧は同じです。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。
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。長さの単位換算とは異なるため注意しましょう。
要点まとめ──圧力は面積、水圧は深さを見る
| 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、水圧は水面からの深さに比例する。 |
| 同じ深さ | 容器の形や横の位置が違っても、水面からの深さが同じなら水圧は同じ。 |
| 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。このページでは水圧との違いを中心に扱う。 |
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。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
物理分野の別テーマで力の見方を広げる
水圧で確認した「力の向き」「面が受ける力」を別の単元でも練習したい場合は、てこ・滑車・ふりこの解説へ進みましょう。支点・力点・作用点やつり合いの考え方を確認できます。
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