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【中学理科】水圧の問題や計算が読むだけでわかる!

水圧の問題と計算

このページでは、

  • 水圧とは何か
  • 水圧の計算方法

中学生向けに説明していきます。

「水圧」はこのページを読めばバッチリだよ!

自己紹介

さわにい」といいます。元中学理科の教員

現在は毎月30万人が利用する理科サイトの運営者です。

登録者7万の教育YouTuberでもあります。

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ねこ吉

ねこ吉です。みんなよろしく!

では、水圧の学習スタート☆

タップできる目次

水圧

水圧とは

今回は「水圧」について学習していくよ。

ねこ吉

水圧?聞いたことはあるけどよくわからないや。

そうだよね。わかってくると面白いよ!

水圧とは名前の通り、水からの圧力のことなんだ。

だけど、水からの圧力を見たり受けたりした記憶がない人も多いよね。

よくある水圧の例を紹介するから、水圧とはこのようなものだと知ってね!

例① 手にビニール袋をかぶせて水に入れる。

下の図ように手にビニール袋を入れて水の中に入れると、

袋が手にはりつくよ。

これは水が袋に圧力を加えるからだね!

袋にかかる水圧 動画はこちら↓(7秒)

ちなみに、袋全体が押されて手にはりつくよ。

後で学習するけど、

水圧はあらゆる方向から加わるんだね。

例② ペットボトルに穴をあけると水が出る。

大きいペットボトルに大きめの穴を空けてみよう。

水が水圧で飛びだすよ。

ペットボトルのから水圧で水が出る

このとき、穴①と穴②では、

深いところにある穴②からのほうが、強く水が出るよ。

これも後で学習するけど、水圧は深いほうが大きいからなんだ。

ちなみに、海の深ーーいところに人間が行くと、水圧の大きさでつぶされてしまうんだ。

それくらい深いところは水圧が大きいんだよ。

水圧の性質

次はテストでよく出る水圧の性質を知ろう。

先に結論から言うね。

水圧の性質

  1. 水圧はあらゆる方向からはたらく
  2. 水圧は深いほど大きい
  3. 深さが同じなら水圧は等しい

の3つだけだよ。

ねこ吉

先生がさっきも言っていたことだね。

そうそう。それでは確認していこう。

水圧の性質を調べる実験道具があるんだよ。

水圧実験器

このような道具で、水圧実験機というんだ。

黒色の部分は固いプラスチックでできていて、黄色の部分は薄いゴムの膜でできているんだ。

この道具を

図1(ゴム膜を)横向きで浅く

図2横向きで深く

のようにそれぞれしずめてみるよ。

図1 横向きに浅く  

横浅く

図2 横向きに深く

横深く

(ゴム膜を)横向きに沈めた場合、左右のゴム膜は等しく内側にへこむよ。

これは、「水圧は深さが同じなら等しい」からだね。

横向きにしたまま、深い位置に沈めると、ゴム膜のへこみが大きくなるよ。

これは「水圧は深いほど大きい」からだね。

水圧の矢印を1本1本みてみてね。水面から深い位置にあるほど、矢印が長いよね。

深いほど水圧は大きい

また、「水圧はあらゆる方向からはたらく」けれど、

プラスチックは固いからへこまず、ゴムだけが内側にへこんでいるんだね。

動画でも確認してみよう!(10秒ほど)

次に「図3(ゴム膜を)縦向きで浅く」「図4縦向きで深く」沈めてみよう。

図3 縦向きに浅く   

縦浅く

図4 縦向きに深く

縦深く

縦向きに沈めると、底(下側)のほうが大きくへこむよ。

底の方が深い

これは、上側よりも下側のほうが水面から深い位置にあるためなんだ。

また、「水圧はあらゆる方向からはたらく」けれど、プラスチックは固いからへこまず、ゴムだけが内側にへこんでいるんだね。

動画でも確認しておこう(10秒ほど)

図1~図4のゴムのへこみかたはとてもよくテストにでるから覚えておこうね。

もう一度水圧の性質と、図をのせておくから確認してね。

水圧の性質

  1. 水圧はあらゆる方向からはたらく
  2. 水圧は深いほど大きい
  3. 深さが同じなら水圧は等しい

図1 横向きに浅く

横浅く

図2 横向きに深く

横深く

図3 縦向きに浅く 

縦浅く

図4 縦向きに深く

縦深く

最後に、物体をゆっくりと沈めていった時の水圧を図に書いてみるね。

「水圧は深いほど(水圧の方向に関係なく)大きくなる。」ことをもう一度しっかりと確認してね。

物体をゆっくり沈めた時の水圧

水圧の単位

次に水圧の単位だよ。水圧は「水による圧力」なんだ。だから普通は圧力の単位の「Pa」をつかうよ。

だけどそれに面積をかけ算すると、水が加える「力」として計算することもできるよ。そうすると単位は「N」だね。

圧力の公式② ←これを使うね!

ちなみに、水面から1m深い位置にいくと10000Paだよ。

水深30mで300000(30万)Pa!普通の人はこのくらいの深さでも水圧で危険なんだ。

水圧の計算問題


最後に水圧の計算問題を説明するね

問 下の図のように水中に物体がある。水面から、この物体の上面までの深さは1mである。また、この物体の上面の面積は5m2である。このとき、水圧が上面に加える力は何Nか。深さ1mの水圧を10000Paとして答えよ。

水圧の問題

-解説と答え-

圧力10000Pa面積5m2だから計算は下のようになるね。

水圧の問

10000×5=50000

答え 50000N

だね。

これで水圧の説明はおしまいだよ。

水圧の性質

  1. 水圧はあらゆる方向からはたらく
  2. 水圧は深いほど大きい
  3. 深さが同じなら水圧は等しい

をしっかりと覚えておこう!

続けて力の学習をしたい人は、下のボタンを使ってね!

①力のはたらき
②いろいろな力の種類
③力の単位、力と質量の関係
④フックの法則
⑤力の矢印の書き方
⑥質量と重さの違い
⑦圧力とは何か、圧力の計算
⑧水圧←今ここ
⑨浮力
⑩気圧

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この記事を書いた人

東京を拠点に活動する教育フリーランス  専門は理科教育学  所持教員免許は中学と高校の理科  

理科の教材や学習法を研究中!
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