中1理科「力と圧力」圧力の計算問題が必ず解ける!

力を測る器具を人の手が握っている写真

 いきなりですが、1つ質問したいと思います。

 女性から足を踏まれる場合、

 ①女性がスニーカーを履いている

 ②女性がハイヒールを履いている

 ①と②のどちらの方がより痛いでしょう?

   :

 当然ですが、②のハイヒールの方が痛いですよね。

 では、なぜ②のハイヒールの方が痛いのか説明できますか?

 じつは、中1理科で学習する圧力」が大きいからなのです。

 今回はこの圧力の計算のやり方」について、詳しく解説していきます。

 圧力の計算を苦手としている中学生は多いので、この記事を読んでよく理解しましょう!

◎お教えする内容は、以下の通りです。

力の大きさを表す単位N(ニュートン)

「圧力」ってなに?

「圧力」をどうやって求めるの?

圧力を求める計算の練習問題

 この記事は、たけのこ塾が中学生に向けて、TwitterやInstagramに投稿した内容をもとに作成しています。

 ぜひ、あなたの勉強にご活用下さい。

※サムネイルはエンリケさんによる写真ACからの写真

先生と元気いっぱいの子どもたち

①力の単位を表す単位N(ニュートン)

 圧力について説明する前に、ここでは「力」について詳しく解説していきたいと思います。

 まず力の3つのはたらき

 次にいろいろな力の種類

 最後に力の大きさを表す単位

 について、順番に説明していきます。

(ⅰ)力の3つのはたらき

 「力」は、直接目に見ることができませんよね

 では、どうしたら「力」を把握することができるのでしょうか

   :

 じつは↓の3つの場合、力がはたらいているということができます。

 ①物体の形を変える

 ②物体を持ち上げる・支える

 ③物体の動きを変える

 ①の例としては、ねんどで形をつくったり、壊したりするとき力がはたらいていると言えます。

 ②の例としては、重量挙げの選手がバーベルを持ち上げているときなど、力がはたらいていると言えます。

 ③の例としては、野球でピッチャーが投げたボールを、バッターが打ち返したときなど、力がはたらいていると言えます。

重量挙げをしようとしている男性の写真

※サムネイルはacworksさんによる写真ACからの写真

(ⅱ)いろいろな力の種類

 「力」にはいろいろな種類があります。

 ↓にいくつか挙げておきますね。

 磁石の力(磁力)

 磁石は同じ極どうしでは反発して、違う極どうしでは引き合います。

 このような力のことを「磁石の力(磁力)」といいます。

 ②摩擦力

 自転車のブレーキをかけると、進みが遅くなりやがて止まります。

 これは、ゴムが車輪とふれあうと、車輪が動きを妨げられる力を受けるためです。

 このように、ふれ合っている物体の間には物体の動きを妨げようとする力がはたらき、これを「摩擦力」といいます。

 ③電気の力

 下じきを頭の上でこすり、髪の毛を下じきに引き付けて遊んだことはありませんか?

 このように、異なる物体をこすると電気が生じ、たまった電気が引き合ったり、反発したりすることがあります。

 このような力のことを「電気の力」といいます。

 ④重力

 手に持っている物体を離すと、その物体は地面に落ちていきますよね。

 これは、地球上にある物体には、地球の中心に引っ張られる力がはたらいているためです。  

 この力のことを「重力」といいます。

草原の上に置かれた磁石

(ⅲ)力の大きさを表す単位

 ばねに力を加えると、ばねがのびます。

 ばねに加える力を大きくすると、ばねののびもより長くなります。

 このようにして、ばねがのびる長さにより、目に見えない力の大きさを測ることができます。

 この力の大きさの単位は、N(ニュートン)で表します。

 1Nの力の大きさは、約100gの物体にはたらく重力と同じ大きさになります。

ばねばかりのイラスト

※サムネイルはステファニーさんによるイラストACからのイラスト

 力の大きさを求める練習問題を解いてみましょう!

【例】2㎏の物体にはたらく重力の大きさは何Nですか?

  ↓

 100gを1Nとすると、2㎏は2000g。

 2000(g)÷100(g)=20(N)

 よって、20N

 ここまで解説してきた「力のはたらき」と「いろいろな力」についての問題が載っている画像です。

 ぜひチャレンジしてみて下さい!

力のはたらきといろいろな力についての問題が載っている画像

 ↑の解答は、↓の画像に載っています!

力のはたらきといろいろな力についての問題の解答が載っている画像

 どうでしたか?すべて正解することができましたか?

 もし間違ったがあったら、よく復習しておきましょう!

楽しそうに勉強する子どもたち


②「圧力」ってなに?

 圧力」とは

 一定の面積あたりに垂直にはたらく力

 のことです。

 つまり、

 圧力= 力の大きさ ÷ 力を受ける面積

 ということになります。

 ↑だけではイメージがわかないと思うので、この記事の冒頭で書いた

 「スニーカーとハイヒールで足を踏まれた例」

 をもとに、もう少し詳しく説明したいと思います。

 ある人が他の人の足を踏んだとき、スニーカーで踏んでも、ハイヒールで踏んでも、かかる力の大きさは変わりません

 この場合にかかる力とは、ある人にはたらく重力です。

 もしこの人の体重が50㎏の場合、50㎏=50000gなので、かかる重力の大きさは、

 50000(g)÷100(g)=500(N)

 となり、スニーカーでもハイヒールでもかかる力は500Nで同じです。

 同じ力がかかっているはずなのに、ハイヒールで踏まれた方が痛いのは、スニーカーよりハイヒールのほうが力がかかっている面積が小さいからです。

圧力=力÷面積なので、同じ力の場合、面積が小さい方が圧力が大きくなってしまいます。
女性がハイヒールを履いている写真

※サムネイルはFineGraphicsさんによる写真ACからの写真

 他にも、圧力がはたらいている例を挙げてみましょう。

 両手で鉛筆を押し合っているところをイメージして下さい。

 右手がとがっている方、左手がとがってない方を押し合っているとします。

 どちらの手が痛いでしょうか?

   :

 当然ですが、とがっている方を押している右手ですよね。

 この場合も、かかっている力は同じなのですが、とがっている方が面積が小さいため、大きな圧力がかかっている右手の方が痛くなります。
授業中に手を挙げている男の子と女の子のイラスト


③「圧力」をどうやって求めるの?

 では、圧力を求めるにはどうしたらよいか、具体的に説明していきましょう!

 「圧力」は、

  圧力= 力の大きさ ÷ 力を受ける面積

 を計算して求めることができます。

 計算するときの注意点としては、

 ①単位は㎩(パスカル)

 (※もしくはN/㎡)

 力と面積の単位について

 ・力の単位はN(ニュートン)

 ・面積の単位は

 となります。

机に向かって、勉強に取り組む男の子

 では、圧力の計算問題を練習してみましょう。

 まずは簡単な問題です。

【問1】5㎡の面100Nの力がはたらいているとき、この面にはたらく圧力は?

   :

 圧力(㎩)=力(N)÷面積(㎡)

 ですので、

 100(N)÷5(㎡)=20(㎩)

 よって、答えは20㎩です。

机に向かって、勉強に取り組んでいる女の子

 次は、難しめの問題にチャレンジしてみましょう!

 力と面積の単位に注意して下さいね。

【問2】9㎏の物体300㎠の面を下にして水平な床に置いたとき、床が物体から受ける圧力は?

   :

 まず力の単位をなおしてみましょう。

 9㎏の物体にはたらく重力を求めると、1N=約100gなので、

 9㎏=9000(g)

 9000(g)÷100(g)=90(N)

説明に納得して手を挙げている中学生のイラスト

 つづいて面積の単位について考えてみましょう。

 1㎡は何㎠になるか、わかりますか?

 100㎠と思った人、残念ながら間違いです!

 少し詳しく説明してきますね。

 1㎡=1m×1m

 ですよね。

 また、

 1m=100㎝

 です。

 よって、

 1㎡=1m×1m

    =100㎝×100㎝

    =10000㎠

 つまり

 1㎡=10000㎠

 ということになります。

 ↑より、面積の単位を㎠から㎡になおしたいなら、

 10000で割る

 とよいことになります。

 問題の300㎠を㎡になおしたいなら、↓のように分数の形にして分母に10000を付けてあげる後々計算が楽になります!

 300(㎠)÷10000=300/10000(㎡)

 圧力=力÷面積ですので、

 90(N)÷300/10000(㎡)

 ↑の式を計算すると、圧力を求めることができます。

 90×10000/300=3×100000/10=3×1000=3000(㎩)

 計算の流れを見たらわかると思いますが、面積を㎠から㎡になおすとき、分数の形にして分母に10000をつけると、楽に計算することができます。

 ぜひ、この方法を使って計算してみて下さいね!

説明に納得して手を挙げている女子中学生のイラスト 

 ここまで解説してきた「圧力の計算」についての解説が載っている画像です。

 ぜひご覧下さい!

圧力の計算問題の解き方の解説が載っている画像①

圧力の計算問題の解き方の解説が載っている画像②

 どうでしたか?きちんと理解することができましたか?

 圧力の計算問題は、学校の定期テストだけではなく、高校入試にもよく出題されます。

 苦手な人はよく復習し、しっかり理解しておきましょう!


④圧力を求める計算の練習問題

 それでは最後に、↓の練習問題を解いていきましょう!

【練習問題】

 8㎏の物体160㎠の面を下にして水平な床に置いたとき、床が物体から受ける圧力は?

   :

 まず、1N=約100gとして力の単位をNになおします。

 8㎏=8000g

 8000(g)÷100(g)=80(N)

 つづいて面積の単位を㎠を㎡になおします。

 160(㎠)÷10000=160/10000(㎡)

 圧力=力÷面積ですので、↓のように計算していきます!

 80(N)÷160/10000(㎡)=80×10000/160=1×100000/2=1×5000=5000(㎩)

勉強を頑張る子どもたちに囲まれた先生のイラスト

※下のYouTubeにアップした動画でも「圧力を求める計算問題」について詳しく解説しておりますので、ぜひご覧下さい!


記事のまとめ

 以上、中1理科で学習する「圧力を求める計算問題について、説明してまいりました。

 いかがだったでしょうか?
 
 
◎今回の記事のポイントをまとめると…

力の大きさを表す単位・N(ニュートン)

 (ⅰ)力のはたらき

  ・物体の形を変える

    ・物体を持ち上げる・支える

    ・物体の動きを変える

 (ⅱ)いろいろな力

  ・磁力(磁石の力)

    ・摩擦力

    ・電気の力

    ・重力

 (ⅲ)力の大きさを表す単位

  ・約100gの物体にはたらく重力の大きさ→1N(ニュートン)

「圧力」ってなに?

 ・圧力とは「一定の面積あたりに垂直にはたらく力

 ・圧力=力の大きさ÷力を受ける面積

「圧力」をどうやって求めるの?

 ・力の単位をN(ニュートン)になおす

 ・面積の単位を㎠を㎡になおす

 →具体的には分数の形にして分母を10000にする

 今回も最後まで、たけのこ塾のブログ記事をご覧いただきまして、誠にありがとうございました。

 これからも、中学生のみなさんに役立つ記事をアップしていきますので、何卒よろしくお願いします。

先生と元気いっぱいの子どもたち