空気中では空気から圧力を受けています。
同じように水の中でも圧力があります。授業では習わないと思いますが、水圧についても知っておくといいですね。
ここでは、水圧の大きさが体感しやすいことと、計算がラクなことを理由に、圧力の単位にg重/cm2を使っていきます。

水圧とは

水圧…水の重さによる圧力
気圧と同様、あらゆる向きから物体をつぶすようにはたらく
水の質量…１cm3あたり１g　　※水の密度は１g/cm3でしたね

水には重さがありますね。
気圧は体感しにくいですが、水は空気よりずっと重いので、ある程度の深さで水圧を体感できます。
ビニール袋に手を入れて、水に沈めてみると、ビニール袋が手に張り付いてきて、水圧を感じます。

水圧と水深の関係

水圧は、物体の上にのっている水の重さが原因で生じる圧力なので、
水の深さに比例して大きくなります。

水面からの深さをhcmとすると、
その場所の水圧はhg重/cm2

たとえば、水面から5cmの深さでは、
水圧は5g重/cm2です。
深さと水圧は同じ数値になるので、
覚えやすいですね。

 　　　

【例題５】
深さ10mの水槽の底の水圧を求めよ。

10mをcmで表します。１m＝100cmなので、10m＝1000cm
水圧は深さと同じ数値なので、1000g重/cm2　となりますね。
わかりやすいようにkg重/cm2を使うと、1000g重/cm2＝１kg重/cm2　　答え…１kg重/cm2

深さ10mでは、１cm2という小さな面積に、１kg重もの力がはたらくことになります。
※深さ10mの場所の水圧は、大気圧と同じくらいですが、実際に物体が受けるのは「大気圧＋水圧」で2kg重/cm2（約２気圧）となります。
そのうちの１気圧ぶんは物体内の圧力（１気圧）とつり合っているので、水からの圧力である残り１kg重/cm2に耐えなければなりません。
１m2に換算すると10t（トン）もの質量が上にのっていることになります。つぶれそうですね。

水圧の向きと大きさ

順番にラジオボタンをクリックしてみてください。

透明なパイプの両端にうすいゴム膜を張ったものを
　　水の中に入れます。

たてに入れてみます。上のゴム膜より下のゴム膜の
　　ほうがへこみが大きいです。
　下のゴム膜の深さのほうが深いので、水圧が大きいからですね。

横に入れてみます。
　左右のゴム膜は同じくらいのへこみです。
　同じ深さでは同じ水圧だからですね。
　水圧は横からもはたらくのがわかります。

水圧はあらゆる向きからはたらきます。

円筒問題

水圧といえば、よく出題されていたタイプの問題です。ちょっと紹介しておきましょう。
ここで使う圧力の公式は

　

【例題６】
面積50c㎡の底板をあてがった円筒を水中に20cm沈め、
上からおもりを450g重静かにのせた。

ゆっくり円筒を引き上げていくと、水面からの深さが何cmになったら、底板が円筒から離れるか。

ただし、底板の重さや厚さは無視する。

円筒と底板が離れる直前には　「底板を押す水圧の大きさ」と「底板を押すおもりの圧力」がつり合っていると考えます。

順番にラジオボタンをクリックしてみてください。

円筒を引き上げていきます。まだ深いので、おもりによる圧力より、水圧が勝っています。
　おもりによる圧力＝450（g重）÷50（c㎡）＝9（g重/cm2）

さらに円筒を引き上げます。ある深さになると、おもりによる圧力と水圧がつり合います。
　おもりによる圧力は9g重/cm2なので、これと水圧が等しくなる深さは9cm。

このとき、円筒から底板が離れます。

答え…9cm　　最初の深さ（20cm）はひっかけですね。

連通管

底がつながっている容器を連通管といいます。
どんな形でも、それぞれの水位は等しくなります。

点Aについて
もしh1とh2の深さが違ったら点Aでの水圧がつり合わず、Aの部分の水が動きます。よって、h1＝h2です。

点Bについて
もしh2とh3の深さが違ったら点Bでの水圧がつり合わず、Bの部分の水が動きます。よって、h2＝h3です。

水が静止していれば、すべての水面の高さ（水位）は等しくなりますね。

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