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物理学入門:圧力の概念をシミュレーターを用いて解説!

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圧力とは何か?をシミュレーターを用いて解説してききます!

これまでの記事で、温度・熱について解説してきました。

今回は熱と関連のある「圧力」について解説していきます。気体の圧力です。なんとなくは分かると思いますが、、、大事な概念ですので、その定義をシミュレーターを用いて解説しておきます!

物理学入門:圧力の概念をシミュレーターを用いて解説!

圧力とは\(1m^2\)あたりにかかる力のこと!

圧力という言葉は日常的にも使われると思います。物理の世界では↓のような明確な定義があります。

圧力の定義

\(圧力P(N/m^2) \displaystyle = \frac{力F(N)}{面積S(m^2)}\)

これは面にかかる力Fを、面積で割った値が圧力Pであるということです。力Fについては、こちらのページで解説していますのでご確認下さい。力の単位N(ニュートン)は、1N=1kgの物体に\(1m/s^2\)の加速度をもたらす力という定義です。

この力を面積で割ったのが、圧力です。単位は\(N/m^2\)です。つまり、\(1m^2\)に何Nの力がかかったかを示すのが、この圧力Pです。

圧力Pの単位は、Pa(パスカル)という単位も用います。これは↓のように\(N/m^2\)と同値です。

圧力の単位

1Pa(パスカル) = 1N/m^2

シミュレーターで圧力の意味を理解しよう!

上記で説明した圧力を、シミュレーターを使って理解しましょう!

[シミュレーションの説明]
  • スライドバーで力Fと面積Sを変更でき、↓のシミュレーターで表示されます
  • 力Fと面積S、圧力Pの関係を実験して観察しましょう

10
面積
10

気体からは分子が壁にぶつかる圧力がかかる!

上で説明した圧力ですが、日常の空気中でもかかっています。それは、分子が壁やモノにぶつかることで、力がかかるからです。無限の目に見えない分子がモノや壁にぶつかることで力がかかっているんですね!空気中の圧力はどの物質にも同じようにかかっています。

それを分かりやすく示したのが↓のシミュレーションです。これはスライドバーで設定した絶対温度に従って、分子の動きが激しくなる様子を示したものです。

温度が高くなると、分子が壁に何度もぶつかります。これが気体によってかかる圧力の原因です!

絶対温度
300

次回、圧力と体積の関係を考えていきます!

今回は圧力Pとは何かを説明しました。圧力は面積あたりにかかる力のことです。そして、気体では常に一定の圧力がかかるんです。

この圧力、実は体積や温度と密接な関係があります。次回からはこの圧力・体積・温度の関係について説明していきます!

[関連記事] 物理入門: ボイル・シャルルの法則と状態方程式
1.圧力(本記事)

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