圧力 ── 面を押す力の集中度・水圧と大気圧

同じ力でも、面積で「押し方」が変わる

たとえば、机の上に 1N の力をかけてみます。同じ力でも、押し方によって結果はまるで違います。

• 細い針の先でグッと押す → 先がとがっているので、軽い力でも布や紙にスッと刺さる。
• 平らな板を当てて押す → 同じ1Nの力でも、ほとんど何も起きない。

力の大きさは同じはずなのに、起きることが違う。ということは、「力の強さ」だけでは押し方を表しきれていません。面積でわけて考える必要があるのです。これを表す量が圧力です。

圧力の計算式

圧力は、力がどのくらいの面積に集中しているかを表します。式はとてもシンプルです。

単位ぞろえの落とし穴（ここが超大事）

圧力の問題で点を落とす一番の原因が 単位ぞろえ です。問題文では cm² や g で書かれていることが多いのに、計算では m² と N に直さないと、答えが大きくズレます。

3つの公式（変形のかたち）

オームの法則と同じく、圧力の式も「知りたい量を左辺に」と覚えておけば自由に変形できます。

具体例で慣れてみよう

例1：質量3kgの本を、底面積100cm²で机の上に置いたときの圧力は？

• 力（重力）＝ 3kg × 10 ＝ 30N
• 面積：100cm² ＝ 0.01m²（cm²のまま計算しない！）
• 圧力：30 ÷ 0.01 ＝ 3000Pa（＝3kPa）

例2：同じ本を、底面積300cm²の向き（広い面）で置いたら？

• 力は同じ：30N
• 面積：300cm² ＝ 0.03m²
• 圧力：30 ÷ 0.03 ＝ 1000Pa

面積が3倍になると、圧力は 1/3 になりました。同じ力でも、広い面で押すと圧力は小さくなるということです。スキー板や雪上車のキャタピラが広いのも、この性質を使って雪に沈まないようにする工夫です。

水圧 ── 水中に深く入るほど大きい

水中の物には、水の重さによる圧力がはたらいています。これを 水圧 といいます。水圧の特徴は2つです。

• 深さに比例する：深い場所ほど、上に乗っている水の量が多くなるので、水圧も大きくなる。
• あらゆる向きからはたらく：同じ深さでは、上からだけでなく横からも下からも同じ大きさで押す。

プールの底まで潜ると耳がツーンと痛くなるのは、水圧で耳のまく（鼓膜）が押されているから。深海魚が水面に上がってこないのも、彼らは深海の高い水圧の世界に体を合わせているからです。

また、水中の物体には下面と上面で水圧の差ができます。下面のほうが深くて水圧が大きいので、物体は上向きに押し返されます。これが 浮力 の正体です（次の単元で詳しく学びます）。

大気圧 ── 空気にも重さがある

空気は軽くてつかみどころがないけれど、ちゃんと 重さ があります。地球には厚さ約100kmの大気の層があり、その重さによる圧力が 大気圧 です。

• 海面付近の大気圧：約 101300Pa（＝ 1013hPa ＝ 1気圧）
• 1m² あたり、なんと 約10トン の重さがかかっている計算。
• それでも私たちが押しつぶされないのは、体内からも同じ大きさの圧力で押し返しているから。

身近な大気圧の現象

大気圧は目に見えませんが、身のまわりのいろいろな現象でその力を確かめることができます。

• 吸盤がくっつく：吸盤を壁に押しつけて中の空気を押し出すと、内側の気圧が下がる。すると外の大気圧で吸盤が壁に押しつけられ、はがれなくなる。
• ストローで飲む：口で吸うと、ストロー内の気圧が下がる。すると、コップの液面を押している大気圧が、液体をストロー内へと押し上げてくれる。「吸い上げている」のではなく「押し上げられている」のです。
• 高い山で耳が痛い：高度が上がると、上に乗っている空気が減るので大気圧が下がる。耳の中の気圧と外の気圧の差で、まくが押されて痛くなる。
• 山の上では水の沸点が下がる：気圧が低いと水分子が蒸発しやすくなる。富士山の山頂（約630hPa）では、水は約88℃で沸騰してしまうので、ご飯がうまく炊けない。

水圧と大気圧のちがい

名前は違いますが、しくみは似ています。並べて比べてみましょう。

共通点は、あらゆる向きから一様に押すこと。これは液体・気体に共通する大事な性質です。固体（机に乗せた本など）の圧力は下向きにしかかかりませんが、液体や気体の圧力は360度すべての方向にはたらきます。

まとめ