理科【基本】圧力

問１　圧力

（１）圧力について、□ に当てはまる言葉を答えなさい。また、選択肢（　）がある場合は正しいほうを選んで答えなさい。

① □ cm² あたりの面を垂直におす力を圧力といいます。

答え（１）- ①: 1

② 面積と圧力の大きさは \(\boxed{（\ 比例・反比例\ ）}\) します。

答え（１）- ②: 反比例

③ 面全体にはたらく力の大きさと圧力の大きさは \(\boxed{（\ 比例・反比例\ ）}\) します。

答え（１）- ③: 比例

④ 面積と力の大きさには、下に示した式が成り立ちます。\(\boxed{ア}\)、\(\boxed{イ}\) に「面積」と「力の大きさ」を正しく当てはめなさい。

圧力 = \(\dfrac{\boxed{ア}}{\boxed{イ}}\)

答え（１）- ④: ア：力の大きさ　イ：面積

（２）図のような重さ 1800 g のレンガをスポンジの上にのせました。

① スポンジがもっとも大きくへこむのは、面 A ～ C のどの面をのせたときですか。

答え（２）- ①: B

解説（２）- ①: 面積と圧力は反比例の関係にあります。全体にかかる力が同じときは、面積が最も小さいときに圧力は最も大きくなります。

② 面 C をスポンジにのせたとき、圧力は何 g ですか。

答え（２）- ②: 15 g

解説（２）- ②: 圧力 ( 1 cm² にかかる力 ) = 力の大きさ ÷ 面積なので、
1800 ÷ 120 = 15 [g]

問２　水圧

（１）水の圧力を水圧といいます。水圧について、以下の問いに答えなさい。

① 水圧と水深には、比例と反比例のどちらと関係がありますか。

答え（１）- ①: 比例

② 水深 1 cmの水圧は、1 cm² あたり何 g ですか。

答え（１）- ②: 1g

③ 水深 10 m の水圧は、1 cm² あたり何 kg ですか。

答え（１）- ③: 1 kg

解説（１）- ③: 水圧を 1 cm²の g で表すと、水深と水圧は同じ値になります。
水深 10 m = 1000 cm なので、水圧は 1000 g = 1 kg になります。

（２）水圧とは、水の重さによる圧力です。図のように水中に物体 A があるとき、以下の問いに答えなさい。

① 物体 A にのる水の体積は（図中斜線部分）は、何 cm³ ですか。ただし、物体 A の上面の面積は 25 cm²、上面までの深さを d cm とします。

答え（２）- ①: 25 × d cm³

解説（２）- ①: 体積 = 底面積 × 深さ

② ① の水の重さは何 gw ですか。ただし、水 1 cm³ あたりの重さは 1 gw です。

答え（２）- ②: 25 × d gw

解説（２）- ②: 水の重さ（ [gw] ）は水の体積（ [cm³] ）と等しい。

③ 水は ② の重さで、物体 A の上面を押すために水圧を生じます。このとき、物体 A の上面にはたらく水圧はいくらですか。

答え（２）- ③: d gw/cm²

解説（２）- ③: 水圧は 1 cm² あたりにかかる水の重さより、
25 × d ÷ 25 = d [gw/cm²]

④ ③ から、水圧は何と比例しているといえますか。ア～エから最も適切なものを選びなさい。

ア.　物体の大きさ

イ.　物体の重さ

ウ.　面までの深さ

エ.　水の体積

答え（２）- ④: ウ

解説（２）- ④: 水圧は水深に比例する

（３）図のように穴 A ～ C をあけたペットボトルに水を入れました。A ～ C のうち、水が最も勢いよく出るのはどこですか。

答え（３）: C

解答（３）: 水深が深いほど、水圧は大きくなります。

（４）図では、水面の高さが同じになっています。底面積の比が ①：② = 1 : 3 で、おもり ① の重さが 10 g のとき、おもり ② の重さは何 g ですか。

答え（４）: 30 g

解説（４）: 容器などに閉じ込められた水の一部に圧力を加えると、その圧力は水の各部に同じ大きさで伝わります。したがって、図のように 2 つの菅がつながった状態では、どちらにも同じ大きさの圧力がはたらいています。しかし、2 つの管の底面積がちがうので、全体をおす力は、底面積の小さいほうが小さくなります。底面積と全体をおす力は比例します。

問３　大気圧

（１）大気による圧力を気圧、または大気圧といいます。正しい方を選びなさい。

ア.　高度が高くなるほど、気圧は大きくなります

イ.　高度が高くなるほど、気圧は小さくなります

答え（１）: イ

解説（１）: 地球は大気（空気）の層にとりまかれています。大気には重さがあるので、地表では大気の圧力を受けます。地表からはなれるほど（高度が高くなるほど）、その上にある空気は少なくなっていくので、気圧は小さくなります。

（２）平地から持っていったポテトチップスの袋は、山頂でふくらみます。理由を簡単に説明しなさい。

答え（２）: 山頂の気圧よりも、袋の中の気圧のほうが大きいから

（３）液体が沸騰ふっとうする温度を沸点ふってんといいます。水の沸点は1気圧のとき100℃です。気圧が低くなると、水の沸点はどうなりますか。

答え（３）: 下がる（低くなる）

解説（３）: 気圧が低くなると、水の沸点は低くなります。
たとえば、山の上では気圧が低いため、水は 100 ℃ より低い温度で沸騰します。高い山でお湯をわかすと、90 ℃ くらいで沸騰することもあります。
これは、水が「気体になろうとする力」と、まわりから押される「気圧」の強さが関係しているからです。気圧が低いと、水は少ない熱でも気体になりやすいため、低い温度で沸騰します。