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水槽の側面にかかる力とは？
- 水槽の側面にかかる力は、水の量に関係なく水深による
- 横幅１００ｃｍ×高さ１００ｃｍの水槽Aと横幅１００ｃｍ×高さ１００ｃｍの水槽Bにそれぞれ水がいっぱいに入っています
- 水の量が多いほうが側面にかかる力は大きいように思えるが、実際は同じ
- 機械設計
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海にて、10m潜る毎に約1気圧（1kg/cm2）圧力が増す事は知られています。 これは、1cc（1cm3）が1gなので、それを1000個積み重ねると、1cm×1000 ＝1000cm＝10mの長さになり、1g×1000＝1kgの重さとなり、10mで1kg/cm2 となります。 詳細は、以下のURLを確認下さい。 さて、水槽A、Bの100cm×100cmの側面にかかる力は同じということなんで しょうか？の質問に関しては、ＹＥＳです。 側面にかかる力（水圧）は、水深に因るからです。 また、100cm×100cmの側面にかかる力は、 最下部が0.1kg/cm2で、中央部が0.05kg/cm2、最上部が0kg/cm2の様に 推進に比例します。 以下の資料も確認下さい。 http://kyusouken.com/flow.html “基礎知識” 水量ではなく、水柱（ヘッド、重さ）で決まります。 極端には、 ◆ □10mmで高さ10mの底の圧力は、約1kg/cm2です。これは、 □10mm×10mm高さ(1g)のブロックが1000個（1000g、1kg）積まれている [□1cm×1cm高さ(1g)のブロックが1000個（1000g、1kg）積まれている] [1cm3又は1cc(1g)のブロックが1000個（1000g、1kg）積まれている] ために、底のそこ1cm3ブロックは約1kg/cm2の圧力が六面に掛かります。 その□10mm×10m高さが沢山あるのが、水量が多い事で、その底面は、 約1kg/cm2の圧力が掛かり、その側面も約1kg/cm2の圧力が掛かりますが 水中同士はお互いに打ち消し合い、側面の壁にのみ約1kg/cm2の圧力が 掛かります。因って、水量には関係がありません。 ◆ 前項と同じ水量の水中で、幅10mm×長さ10mで、高さ10mmの底面の圧力 は、約0.001kg/cm2（1g/cm2）です。 水量が同じでも圧力は異なります。 で説明ができます。 また、人間布団で、 ★ 9人を上に乗せる最下部の人に加わる圧力（重さ）と ★ 1人を上に乗せる組み合わせを5組作り、最下部の人に加わる圧力（重さ） を比較すると、9人を上に乗せる方が重い。 どちらも、10人ですが…。この10人が水量と同じです。 でも説明ができます。
圧力と力を混同されているようです。 圧力はおっしゃるとおり水深で決まりますが、 側面にかかる力は面積で決まります。 例えば水深10cmの位置の圧力は10gf/cm2です。 これはどんなに大きな水槽だろうが同じです。 圧力は単位面積（例えば1cm2と考えてみてください）に かかる荷重のことだからです。 一方側面にかかる荷重は面積が大きくなればなるほど大きくなります。 圧力を面積分掛け算したのが荷重です。 実際に荷重を計算するには、水の密度を1g/cm3と仮定して 深さxcmのときの水圧はxgf/cm2 これをxで積分して側面の荷重にしてください。
お礼
早速の回答ありがとうございます。ということは面積が同じ面で圧力も同じなら当然その面にかかる力も同じですね。
水面が同じ高さにあった場合、 水槽Aの水面：1m*0.5m=0.5m2の面に重力gがかかります。 水槽Bの水面：1m*0.1m=0.1m2の面に重力gがかかります。 つまり、水面が同じ高さにあった場合、水面の面積比で同じ水深で側面にかかる圧力が変わります。 返事遅くなりました。休みだったもので… 正確には、圧力になります。 単位面積にかかる力：1Pa＝1N/m2 です。 Aの方が水面の面積が大きいので当然、水面から下方向にかかる力は大きくなりますよね。 判りますか？
お礼
早速の回答ありがとうございます。参考URLの内容も分かりやすかったです。 ただ、「水槽Aの水面：1m*0.5m=0.5m2の面に重力gがかかります。 水槽Bの水面：1m*0.1m=0.1m2の面に重力gがかかります。」というのがよく分からないのですが。もう少し具体的に数値等で言っていただければ。未熟者ですみません。 お礼が遅くなりました。 よく分かりました。ありがとうございます。
お礼
早速の回答ありがとうございます。参考のURLも読みました。 もっと勉強して理解を深めたいと思います。水量が違うのにかかる力が同じとは、今でも不思議です。 お礼が遅くなり申し訳ありません。 大変丁寧に教えていただきありがとうございました。 何とかわかってきました。