【質問】理科(中学):「圧力=面に垂直にはたらく力 / 力がはたらく面積」となる理由

〔質問〕
圧力の式がなぜそうなるのかが分かりません。
圧力は

圧力=面に垂直にはたらく力 / 力がはたらく面積

ですが、なぜこうなるのかが分かりません。
詳しい説明お待ちしております。

〔回答〕
圧力は、確かに「面にはたらく力」ですが、
ふれあう面の「単位面積当たりに、はたらく力」というように定義されています。そもそもそういうものを圧力と呼ぼう、ということです。
(中学理科の圧力において、ふつう単位面積は「1㎡」当たりで計算します)

同じだけの力を加えて、接する面の大きさを変えて圧力を考えるとき、接する面の大きさがバラバラでは比べにくいので、「1㎡あたり」に換算して比べようということです。

例えば、シャーペンともう少し太い棒を同じ力で押し付けたとき、シャーペンの方が先がとがっている分、力が1点に集中しますので、より痛くなると思います。そういうイメージです。

したがって、圧力は「1㎡あたり」に換算して考えるので、
圧力[N/㎡](または[Pa])=(面にはたらく力[N])/(面の面積[㎡])
という式になります。

たとえば、面にはたらく力の大きさを10[N]として、面の面積を変えてみます。
・面の面積が「2㎡」の場合、圧力=10/2=5[N/㎡]
・面の面積が「1㎡」の場合、圧力=10/1=10[N/㎡]
・面の面積が「0.5㎡」の場合、圧力=10/0.5=20[N/㎡]

このように、面にはたらく力の大きさが同じでも、「面の面積が変わると、圧力も変わる」と分かります。
また、面の面積が大きくなるほど、圧力は小さくなります。
「圧力は力のはたらく面の大きさに反比例する」ということもおさえておきましょう。

 

アンケートへのご協力をお願いします(所要2~3分)
「将来設計・進路」に関するアンケートを実施しています。ご協力いただける方はこちらよりお願いします
(Googleフォームにアクセスします)

当サイト及びアプリは、上記の企業様のご協力、及び、広告収入により、無料で提供されています