未知の接地面を選び圧力と効果を予測しよう

このレッスンの役割

このセクションの仕上げです。直方体だけでなく、複数の脚をもつ机、タイヤ、建物の基礎など、見慣れない形でも接触面積と力を選び、圧力を目的に応じて判断します。

ゴールは、初見の図から合計接触面積を求め、圧力を大きくしたい場面と小さくしたい場面の設計を根拠つきで選べることです。

知る・理解する

未知の問題では、次の順番を使います。

1. どの物体が、どの面を押しているか決める。
2. 接している部分が複数なら、面積をすべて足す。
3. 物体と載せた荷物を含む全体の力をNで求める。
4. 合計の力を合計接触面積で割る。
5. 圧力を大きくする目的か、小さくする目的かを判断する。

接触部分が分かれていても、床へ力を伝える面積を合計します。一つの脚だけの面積で全体の力を割ると、圧力を4倍に見積もってしまいます。

具体例で使う

全体の重さが400 Nの台を、一辺5 cmの正方形の脚4本で支えます。

• 一脚：5 × 5 = 25 cm²
• 四脚合計：25 × 4 = 100 cm² = 0.01 m²
• 圧力：400 ÷ 0.01 = 40000 Pa

柔らかい地面へ沈ませたくないなら、脚の下に広い板を置いて接触面積を増やします。氷を割る道具やくいの先端では、狭い面へ力を集中させ、圧力を大きくします。

圧力はいつも小さい方がよいわけではありません。目的によって、面積を広げるか狭めるかを選びます。

誤答を直して次の学びへつなげる

物体で最も大きい面を自動的に使ってはいけません。図の向きと床との接触を確認します。

タイヤや脚が複数あるとき、一つ分だけで計算する誤りにも注意します。ただし一部が浮いているなら、実際に接している部分だけを足します。

次のセクションでは、水や空気が及ぼす圧力を扱います。固体では接触面積で考えましたが、液体や気体ではあらゆる向きへ圧力が働く点が新しくなります。

自分で確かめよう

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。