圧力-4|結局のところ、圧力とは何ですか?

前回見たとおり、運動している分子が壁にぶつかることが力の元だということがわかりました。この壁にはたらく力を面積で割ったものが圧力です。

圧力の定義は単位面積あたりにはたらく力、つまり \(\small 1\,\text{m}^{2}\) の壁にはたらく力が圧力です。力の単位は \(\small\text{N}\)(ニュートン)なので、圧力の単位は \(\small\text{N}\,\text{m}^{-2}\) です。そして \(\small\text{N}\,\text{m}^{-2}\) を \(\small\text{Pa}\)(パスカル)という単位で表します。

\(\small\text{Pa}\) という単位は聞いたことがあると思います。そうです、よく天気予報で気圧という言葉とともに使われる \(\small\text{hPa}\)(ヘクトパスカル)という単位です。ヘクトは \(\small 10^2\)、つまり \(\small 100\) 倍を表す記号なので、たとえば \(\small 1,000\,\text{hPa}\) は \(\small 100,000\,\text{Pa}\) です。

ちなみに、大気圧(一般に生活している中で大気から受けている圧力)はおよそ \(\small 1,013\,\text{hPa}\) です。これは、\(\small 1\,\text{m}^2\) の板に \(\small 101,300\,\text{N}\) の力がかかっていることに相当します。力は質量と加速度の掛け算で決まるので、力を重力加速度で割ると、およそ \(\small 10,300\,\text{kg}\) のおもりが板に乗っていることになります。

ところで、高気圧や低気圧は大気圧である \(\small 1,013\,\text{hPa}\) より高いか低いかということではなく、周囲より高いか低いかで決まっているんだそうです。

さてペットボトルの話に戻すと、外からこれだけの力がはたらいていることになるので、ペットボトルの形がそのままでいるためには中からも同じ力がはたらいていないといけません。これが通常の状態です。

そして通常の状態のペットボトルにお湯を入れて抜いたあとフタを閉めて、しばらくするとペットボトルはへこみました。つまり、中から外への力よりも外から中への力のほうが勝ったことになります。

ここで何が起きているのかについて、次回考えましょう。ヒントは「温度の変化」です。

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