力学中学理科で出てくる
圧力の単位 パスカル(Pa) の意味|基本単位で表すと
次元 [M L⁻¹ T⁻²]
検算のポイント
答えが圧力なら、右辺の単位は (= ) になっているはず。ならなければ、どこかが間違っています。
このページでわかること
- 圧力を言葉でどう言い表すか
- その言葉を単位に置き換えると、なぜ Pa になるのか
- Pa のいろいろな書き方と、その根拠になる公式
圧力とは? 言葉で意味をつかむ
圧力とは 1 m² あたりに、面を垂直に押す力。
言葉の式
圧力 = 面を押す力 ÷ 押される面積
言葉の式に出てくるそれぞれの言葉は、すでに単位がわかっている量です。言葉を単位に置き換えてみましょう。
[圧力]
パスカル(Pa)は、この組み合わせ に付けられた名前です。
1 m² の面を 1 N の力で垂直に押すときの圧力が 1 Pa。
1 m² の面を 1 N の力で垂直に押すときの圧力が 1 Pa。
基本単位までたどる
言葉の式に出てきた量も、さらに言葉の式で分解できます。速度 → 加速度 → 力 → 面積 → 圧力 の順にたどると、すべて基本単位(m・kg・s・A・K・mol・cd)だけで表せます。
前提:速度・加速度・力・面積の単位(知っていれば飛ばしてOK)
Pa の別の書き方
同じ量でも、使う公式によって単位の見え方が変わります。どれも基本単位にすると一致します。
| 書き方 | 根拠になる公式 |
|---|---|
| 圧力の定義 | |
| 理想気体の状態方程式 | |
| 光の放射圧 |
よくある間違い:同じ単位でも別の量
次の量は 圧力 と次元 [M L⁻¹ T⁻²] が同じです。単位が一致しても意味が違うことがあるので、検算のときは「何を表す量か」も確かめましょう。
- 電場のエネルギー密度()— 体積 1 m³ あたりに電場がたくわえているエネルギー。
- 磁場のエネルギー密度()— 体積 1 m³ あたりに磁場がたくわえているエネルギー。
- ヤング率()— 単位面積あたりの力(応力)を、のびの割合(ひずみ)で割ったもの。
圧力が出てくる公式
まとめ
- 圧力とは、1 m² あたりに、面を垂直に押す力。
- 言葉の式 圧力 = 面を押す力 ÷ 押される面積 を単位に置き換えると 。
- 基本単位だけで書くと 。
練習問題:分子と分母を見きわめる
問題文には単位が書いてあります。計算はしなくてかまいません。どの単位が分子(上)に、どの単位が分母(下)に来るかだけを考えて選んでください。
問1圧力は「面を押す力 ÷ 押される面積」で求められます。「面を押す力」[]、「押される面積」[] のとき、圧力の単位はどれ?
答えと解説
正解:C
かける量(面を押す力)の単位が分子、割る量(押される面積)の単位が分母に来ます。まとめると = 。
問2水圧(静水圧) を使います。ρ 「密度」[]、g 「加速度」[]、h 「長さ」[] のとき、圧力 p の単位はどれ?
答えと解説
正解:C
式を p について解くと 。分子・分母にそれぞれの単位を入れると = = 。
問3圧力 = 面を押す力 ÷ 押される面積 です。「圧力」[]、「押される面積」[] のとき、「面を押す力」の単位はどれ?
答えと解説
正解:D
言葉の式を「面を押す力」について解き直すと「面を押す力 = 圧力 × 押される面積」。単位を入れると = 。