理科リハビリ学習①(圧力)

 ということで更生した私。自分を含めて苦手な人が多そうな理科の問題を再確認。

アルキメデスの原理
水中に物体を沈めたとき、その物体が押しのけた水の体積にかかる重力(N)のぶんだけ、その物体は浮力を得る。
水は1cm3で1gなので計算が簡単。
沈めた物体の密度は特に関係がない。

浮力F = 水の密度 ρ × 物体の体積 V × 重力g

パスカルの原理
密閉された液体の一部に力を加えると、その圧力は液体全体にかかる。

浮沈子
魚の形をしたソース入れ何かを使って作るおもちゃ。
すこしだけ空気が入ったままの水を入れたソース入れに重りをつけて、これをペットボトルなどの水の入った容器に入れると、容器を押した時だけ浮沈子が沈む。
これは、容器が押されることで、容器の水が押され、浮沈子の内部の空気と水も押され、さらに、水よりも空気の方が圧縮されやすいために、浮沈子の体積が変わり、浮力が低下、沈んでしまうというもの。
逆に言えば、容器の圧力を下げれば、浮沈子の中の空気は膨張し、浮沈子は上がることになる。たとえば、容器を楕円形にして、その容器の端っこを押すことで、結果的に浮沈子がある部分だけ容器を膨らますなど。

大気圧
軽いイメージのある空気だが、塵も積もればなんとやら、1気圧は大体10万Pa(=1013hPa)で、重さにして1平方メートルあたりになんと10トンもの力がかかっていることになる。
この力を実感するマジックとして、水を満たしたガラスのコップにプラスチックの板を乗っけて、これを上手に逆さにすると、プラスチック板がコップの口にくっつき、中の水はこぼれない、といったものがある。
これは、水とプラスチックにかかる重力以上の力を、上向きの大気圧が支えてしまうからである(※コップの重力は手で持っているためにカウントしない)。
また、具体的な数値を出すと、支える大気圧として考慮するのはコップの口の広さの分だけでよい(コップの口からはみ出た分のプラスチック板は上下の大気圧で相殺されるため)。
実際は、大気圧オンリーではなく水の表面張力(コップの隙間から空気が入らないようにしている)も関係している。

水圧
水深1mにかかる水圧は、高さ1m分の水と大気圧が乗っかっているため、その合計になる。
水圧がかかる面積を1平方メートルとすると、水は1cm3で1gだから、1m3では100×100×100=100万gとなり、まず10000Paの水の力がかかる。
さらに1平方メートルにかかる大気圧は101300Paなので、合計して、111300Paが水深1mの水圧。
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