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※このウェブページは中学校理科3年の学習内容です。<3年p.242>

資料 水没したらドアは開かない

●水深1mでの水圧は?

 水1cm³が1gなので,底面積1cm²で高さ1m(100cm)の水の柱を考えると,その質量は100gになり,重さは約1Nです(図a)。よって水深1mでは1cm²あたり1N(つまり1N/cm²)❶の水圧が生じています。

 これをもとに具体的な例を考えます。水深1mのプールの底に,10cm四方の排水口のふたがあるとします。このふたを開けることができる力の大きさを,次の式をもとに計算してみましょう。

(a)水の柱のモデル
圧力による力の大きさ  力=圧力×面積

 1cm²あたり1Nの水圧なので,10cm×10cmの面積にかかる力は,

 1N/cm² × 100cm × 100cm = 100N

 100Nは約10kgの物体の重さです。10cm四方の小さなふたを開けるには,10kgの物体を持ち上げる力が必要です。

●水没した自動車のドアは開かない

 水深1 mに水没してしまった自動車のドアにかかる力の大きさを考えてみましょう。簡単にするため,ドアの中心の水深が1mであったとします。

 ドアの面積が100cm×100cmであったとき,1cm²あたり1 Nの水圧なので,100cm×100cmの面積にかかる力は次のように計算できます。

 1N/cm² × 100cm × 100cm = 10000N/cm²

 10000Nは1000kg(1トン)の物体の重さです。これを人の力で開けることはできません。実際には,水深が1mに満たなくてもドアが開かなくなる事故が起こっています。このようなときは窓から脱出します。

(b)大雨による冠水(京都市右京区)

❶ 圧力の標準の単位はPaだが,ここでは計算のしやすさのために,水圧をN/cm²の単位で考えることにしている。

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