【入試物理】水圧のイメージと計算方法を解説して公式を導出!

難易度:★☆☆☆
頻出度:★☆☆☆

物理の力学は、力という目に見えないものを考える学問です。

力にもいろいろな種類がありますが、特に私たちが実感しにくいのは周囲から及ばされる力です。

最たる例は大気圧。

普段は大気から押されているなんて全く感じられません。

そして水圧も周囲から及ぼされる力の1つで、これまた実感しにくくイメージしづらいため、苦手に感じる方も多いはず。

今回はそんな水圧について、簡単なイメージをお伝えし、求めるための公式を導出してポイントをまとめます。

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水圧とは?

水圧と言っても、ここで言う水圧はシャワーの水圧とかとはちょっと違います。

入試物理では普通、水圧とは水中にある物体が周囲の水から受ける圧力を指します。

そして「深さ 〇〇 m の水圧」を計算したり、式で表したりすることが求められます。

と、さらっと書きましたが、「周囲の水から力を受ける」というのは少しイメージしづらいかもしれません。

水中では本当は四方八方から力を受けます。

しかしイメージとしては、「上にある水の重さ分だけ余分に力を受ける」と捉えておきましょう。

水圧の簡単なイメージ

ここで実は「余分に」と書いたのがポイントです。

何が余分かと言うと、大気圧にプラスで水の重さも圧力として受ける、という意味です。

水面の上には当然大気がデデーンと控えているわけで、水中にいてもその重さ(大気圧)を受けます。

以上のことより、水圧を言葉で表すと次のようになります。

水圧

水中のある位置における水圧とは、その位置よりも上にある水の重さと大気圧の和である。

水中にいても等しく大気圧を受けることに要注意です!

水圧の計算方法

それではここから、水圧の計算方法を説明していきます。

水中深さ h [m] の位置における水圧を求める式を導出してみましょう。

次の図をご覧ください。

水圧の求め方の説明図

先ほどの話の通り、深さ h [m] における水圧を求めるには、その位置よりも上にある水の重さ(重力)と大気圧を足せばOKです。

圧力とは単位面積あたりの力のことなので、深さ h [m] の位置に単位面積(1平方メートル)の面を考え、その上にある水柱の重さを式にします。

ここで上図では水柱を四角柱で描いていますが、底面積が単位面積なら円柱でも同じことです。

水柱の重さ(重力) mg の計算式は吹き出し内に書いた通りですが、単位に注目すればスラスラ立式できるはずです。

当ブログの化学計算でいつも強調しているように、単位同士も計算(約分)できることを活用しましょう。

物理でも化学でも単位は何よりも大事です

そして最後に水柱の重さ(重力)に大気圧を足せば、それが水圧になります。

大気圧を足すことを忘れないように注意しましょう。

いかがでしょうか、イメージさえできればそれほど難しくないですよね?

水圧の求め方のまとめ

最後にまとめです。

いつも通り単語カードに要点をまとめましたので、適宜ご活用ください。

水圧のイメージと求め方のまとめ(1)

水圧のイメージと求め方のまとめ(2)

今回は例題演習はお休みで以上となります。

最後まで読んでいただきありがとうございました!