パスカルの原理とは? 水圧機とは?

パスカルの原理

こんどは、外から圧力を加えたとき
水の内部にどんな変化が起きるかを、考えてみましょう。




ゴムまりに同じ大きさの小さな穴をたくさん開けて
その中に水をいっぱい入れます。

穴が小さいと、そのままでは水は外に流れでることはありません。
このときゴムまりの内部には水圧があり、下側の部分では
その上の水の重さだけの圧力を受けていますが
表面張力のために、水は流れないのです。

ところが、いまこのゴムまりの一部を、外側から指で押してみます。
すると、中の水はどの穴からも、ゴムまりの面に垂直に
しかもほとんど同じ勢いで飛出します。

指の近くの穴では、飛び出る水の方向は、外から加えた力の方向とは
ほとんど反対になりますが、やはりほかの穴と同じように飛び出ます。

また、押す指の力を強くすると、飛び出る水の勢いも強くなります。

このとき、水がゴムまりの面から垂直に飛び出るのは
内部の水が、ゴムまりの面に垂直におさえられる圧力を受けるからです。
この圧力は、指でゴムまりを押したことによってできた、新しい圧力です。

また、どの穴の水も、同じ勢いで飛び出ることから、この新しい圧力は
ゴムまりの内部のどこででも、同じ強さではたらいていることがわかります。

外からの力は、指とゴムとが接している面を通して
水にはたらくわけですから、言い換えれば
圧力が外から水の一部に加えられたことになります。
このときの圧力の強さは、加えた力を、接している面積で割った値です。

また、外から圧力の強さを増せば
穴から飛び出る水の勢いも強くなることから
ゴムまりの内部に生まれた新しい圧力も、外からの力を増せば
大きくなることがわかります。

そこで、外からゴムまりに加えられた圧力は、ゴムまりの中の水に
そのまま同じ強さで伝えられるものと考えられます。

つまり、閉じ込められた水の一部に圧力を加えると
その圧力は、水の各部分に同じ強さで伝えられるのです。

このことは、水ばかりでなく
ほかの液体にもあてはまることで、これをパスカルの原理と呼んでいます。

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このパスカルの原理は、図のような装置を使って
実験で確かめることができます。



水圧機

太さの違うU字形の器に水を入れ、その水を閉じ込めるように
AとBの2つのピストンをつけます。
AとBの断面積は、それぞれ、10平方センチと90平方センチであるとします。

いま、ピストンAの上に、50グラムの重りをのせます。
そのために、水は、50÷10=5で
1平方センチあたり5グラムの圧力の強さで外から押されていることになります。

この圧力の強さは、閉じ込められている水の各部に
同じ強さで伝えられますから、ピストンBの面も
同じ圧力の強さで押し上げられることになります。

したがって、ピストンBが受ける全体の圧力は90×5 =450で
450グラムになります。

そこで、Bに重りをのせて、ちょうど水をつりあわせておくためには
何グラ厶の重りが必要になるかを実験で確かめてみると
まえに計算でもとめた450グラムと、同じであることがわかります。

このパスカルの原理を応用したのが、水圧機です。
これは、小さな力を大きな力にかえることができるので
いろいろなものを圧縮したり、重いものを持ち上げたり、油をしぼったり、
材料の強度試験をするときなどに使われます。

また、水のかわりに油を使うときには、油圧機と言います。







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