| English | 意味 |
|---|---|
| pressure/ˈpreʃə/ | 圧力 |
| pascal/ˈpæskl/ | パスカル |
| fluids/ˈfluːɪdz/ | 流体 |
鋭利なナイフが切れる理由
- 鈍い棒を手押ししても何も起きません。しかし、同じ力でも鋭いピンは痛むことがあります。
- 力は同じですが、力が働く面積が変わったことが原因です。
- この考え方が圧力であり、ナイフ、スキー、深海などを説明するものです。
圧力とは何か？
- 圧力とは、単位面積あたりに作用する力のことです：
- 単位はパスカル (Pa) で、$1\ \text{Pa} = 1\ \text{N/m}^2$ です。
- 同じ力でも、面積が小さいほど→大きい圧力になります。
Pressure
p = ρg·h
Pressure in a liquid is proportional to depth.
A box pushes down with a force of $200\ \text{N}$ over an area of $0.50\ \text{m}^2$. What is the pressure, in Pa?
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$p = \dfrac{F}{A} = \dfrac{200}{0.50} = 400\ \text{Pa}$.
面積が重要な理由
- 鋭利なナイフや** drawing pin（ドローピン/タッピングピン）**は非常に小さな面積を持つため、極めて大きな圧力を生じ、簡単に切り裂いたり刺したりできます。
- 雪上靴やトラクタータイヤは広い面積を持つため、小さな圧力を生じ、沈み込みません。
- ラバの広い足も、柔らかい砂の上で同様の原理で機能します。
同じ力でも異なる面積→異なる圧力。狭い底面は沈み、広い底面は残ります。
計算例。 体重 600 N の人が片足（面積 $0.02\ \text{m}^2$ ）で立っている場合、圧力は $= \dfrac{600}{0.02} = 30\,000\ \text{Pa}$ です。両足（面積 $0.04\ \text{m}^2$ ）で立った場合：圧力は $= 15\,000\ \text{Pa}$ →半分になります。
圧力は流体の中であらゆる方向に働きます。 深く潜水すると、水は頭上だけでなくあらゆる側方から耳を押します。式 $\Delta p = \rho g\,\Delta h$ は、その深さにおけるあらゆる方向の圧力を示しています。
Why does a sharp knife cut better than a blunt one (with the same push)?
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Same force on a tiny area means a very large pressure ($p = F/A$), so it cuts easily.
Snowshoes stop you sinking into snow because they:
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A larger area means a smaller pressure for the same weight, so you do not sink in.
液体内の圧力
- 液体中では、圧力は深さとともに増加し、液体の密度にも依存します：
- 下向きだけでなくあらゆる方向に働きます。
- upe dams は、水の圧力が最大となる底部が厚く造られているのがこのためであり、水中で深く潜ると耳が痛くなるのもこのためです。
液体が深いほど圧力も大きくなるため、壁に対する外向きの押し出しは深さとともに増大する
Pressure in a liquid acts in all directions, not just downward.
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A liquid pushes equally in all directions at a given depth — that is why it presses on the sides of a container too.
Find the extra pressure $2.0\ \text{m}$ deep in water ($\rho = 1000\ \text{kg/m}^3$, $g = 9.8\ \text{N/kg}$), in Pa.
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$\Delta p = \rho g\,\Delta h = 1000 \times 9.8 \times 2.0 = 19\,600\ \text{Pa}$.
理解できましたか
- 圧力 $p = \dfrac{F}{A}$、単位はパスカル ($1\ \text{Pa} = 1\ \text{N/m}^2$)
- 小さい面積 → 大きな圧力（ナイフ）、大きい面積 → 小さな圧力（スノーシュー）
- 液体内では、圧力は深さと密度とともに上昇し：$\Delta p = \rho g\,\Delta h$、あらゆる方向に作用する