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子供から質問されて困っています。水圧は深ければ深いほど大きいと学びましたが、その原因は、ある深さの点において、その上にのしかかっている単位面積当たりの水の重さ(重力)のために力がかかっているので、深ければ深いほど重く、水圧が高いと学んだのですが、重力が原因なら、下向きに力がかかるのは納得できますが、横向きや上向きに圧力がかかるのはなぜなのしょうか。
もし、水は液体なので自由に形が変えられるため、横にも力がかかるということならば、力が分散されると思います。それにしても上向きに圧力がかかるのが納得がいきません。どうか専門的になってもいいので教えて下さい。

A 回答 (3件)

地球の大気中も水中と同じようなもので,地上1気圧の場所で膨らませた風船は,風船内の気体の圧力が均一になるように丸く膨らみます。

大気から見れば,1気圧でまわりから均一に押さえられている状態です。この風船を気圧の低い上空(例えば富士山の頂上)に持っていくと,まわりからの押さえる力が小さくなり,風船は大きくなります。地上から上空までを水槽とたとえると,上空(水面)近くでは気圧(水圧)は小さく,地上に近い(深くなれば)気圧(水圧)は大きくなります。 水中に物を沈めると,物の体積分に相当する水の量を押しのけて入っているわけですからその分だけ,水はその物体を押さえようと反発します。 これが浮力で,密度が水より小さい物質であれば,水に浮きます。つまり上向きの力がかかっているわけです。
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素人ですが思い付いた理屈を聞いて下さい。


水中のある一点で上向きにも圧力がかかっている、という事についてですが、その一点より上にある水の重みの分をそこで支えている力があるわけです。これが上向きの水圧、ということではないでしょうか。たとえば水面からその位置までの長さの底のついた中空の筒を沈めておいて、底を抜いてやると当然水がせりあがってきますよね。これは上からの荷重が抜けた時に上向きの水圧が解放されたわけで、上向きの水圧が存在している証明になると思うのですが如何でしょうか。まわりの水が下がるから筒に水が上がってくる、って考えても、やはり底の部分に上向きの力がかかっている事には変わりありませんね。まあ、水圧が解放されて押し上げられる力が少し減ったから周りの水が下がる、という順序の方が正しいようには思いますが。
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水圧の発生原因として重力を考えています。


流体(気体や液体)は、押しつぶされると戻ろうとする性質があります。
この性質は押しつぶされている方向には関係なく、どの方向にも戻ろうとし、
その力(復元力)は押しつぶしている圧力と同じです。

つまり、小さな領域aを考えると、aは上にのしかかっている水の重力を受け、
押しつぶされます。
そして、このときaは元の体積に戻ろうとして、四方八方に広がろうとします。
このときのふけ源力は、aの上の水からの圧力に等しいので水圧が等方的になる
のです。

このような説明でおわかりになるでしょうか?
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