流体圧力材料
物理学において、圧力は単位面積あたりの力として定義され、力の方向は表面積に垂直です。数学的には、圧力は P = F/A という式で表されます。ここで、P は圧力、F は力、A は表面積です。力 (F) の単位はニュートン (N)、面積の単位は平方メートル (m²) です。圧力は単位面積あたりの力であるため、圧力の単位は N/m² です。N / m²の別名はパスカル (Pa) です。パスカルは、ブレーズ・パスカルにちなんで圧力の単位として使用されています。
流体が静止しているとき、流体は接触している表面全体に垂直な力を及ぼします。例えば、グラスの中の水を考えてみましょう。水の各部分はグラスの壁に対して垂直な力を及ぼします。したがって、水の各部分は、それが占める容器の単位面積ごとに垂直な力を及ぼします。これは、静止流体、つまり静止している流体の重要な性質です。流体が表面に力を及ぼすとき、その力が垂直でない場合、表面は反作用力を及ぼしますが、これも垂直ではありません。これにより流体は流れます。しかし、実際には流体は静止したままです。したがって、静止している流体では、力は常にそれが占める容器の表面に垂直です。
静止した流体のもう一つの重要な性質は、常にあらゆる方向に圧力を及ぼすということです。これをよりよく理解するために、水を入れた容器に浮遊物を置いてみましょう。水が完全に静止していれば、物体の表面全体にかかる圧力が均等になるため、物体は静止したままになります。水圧が均等でない場合は、正味の力が働き、物体は動き出します。
水深が圧力に及ぼす影響
深さや高さは流体圧力にどのように影響しますか？水深10メートルの海水の圧力は、水深100メートルの海水の圧力と同じですか？図に示す容器内の水圧を考えてみましょう。液柱の高さはh、断面積はAです。容器の底の水圧はいくらですか？
w = 水の重量、h = 円筒形容器内の水柱の高さ、A = 表面積、P = 圧力。
説明：
w = 重力
ρ = 密度
m = 質量
g = 重力による加速度
V = hA = 液柱の体積（h = 高さ、A = 表面積）
これを圧力の式に代入すると、次のようになります。
p = ρ gh → 式1（密閉容器）
p = pa + ρ gh → 式2（開放容器）
説明：
pa = 大気圧
ρgh = 静水圧
上の図では大気圧は示されていませんが、実際には、水を入れた容器が開いている場合、大気圧は水面にも作用し、その圧力は下向きになります。
上記の式に基づくと、圧力は液体の密度と深さに正比例することがわかります（重力加速度は一定です）。液体の深さが増すと、圧力も増加します。液体は上にある液体の重さによってほぼ圧縮されないため、液体の密度は一定に保たれます。高さの差が非常に大きい場合（例えば、非常に深い海水など）、密度はわずかに変化します。しかし、高さの差があまり大きくない場合は、液体の密度はほぼ同じか、あるいはその差は無視できるほど小さいです。
上記の式を用いて、異なる深度における圧力差を計算することもできます。上記の式は次のように書き換えることができます。
大気圧
水中に潜ると、体全体が水に包まれます。深く潜るほど、感じる圧力は大きくなります。実は、私たちは毎日、水中にいるときと同じように、大気にも包まれており、大気は体のあらゆる部分に絶えず圧力をかけています。海水と同様に、地球の表面は、大気の「海底」に例えることができます。大気が常に体のあらゆる部分に圧力をかけているのに、なぜ私たちは海底にいるときのようにそれを感じないのでしょうか？それは、体内の細胞が、外圧とほぼ同じ内圧を維持しているからです。そのため、私たちはこの圧力差の影響を感じないのです。
地球の大気圧も高度によって変化します。ただし、大気圧は液体の気圧とはわずかに異なります。液体の密度の変化は深さのわずかな違いに対して非常に小さいため、液体の密度は同じであると仮定されます。これは地球の大気の密度とは異なります。地球の大気の密度は高度によって大きく変化します。異なる高度での空気の密度は異なるため、上記の式を使用して大気圧を計算することはできません。さらに、高度を測定できる明確な大気境界はありません。大気圧は天候によっても変化します。大気圧を決定するには、測定を行います。
圧力測定
ガリレオの弟子であったエヴァンジェリスタ・トリチェリ（1608年～1647年）は、1643年に水銀気圧計を用いて大気圧を測定する方法を開発した。この気圧計は、水銀で満たされた長いガラス管で構成されていた。水銀で満たされたガラス管は、同じく水銀で満たされた皿の中に逆さまに置かれていた。
水銀が入ったガラス管を逆さまにすると、管の端は水銀で満たされるのではなく、圧力が非常に小さいため無視できる水銀蒸気だけが含まれる（p2 （＝0）。プレート内の水銀の表面には、下向きの大気圧がかかっています（大気圧がプレート内の水銀を押しています）。この大気圧がガラス管内の水銀柱を支えています。図では、大気圧はpで表されています。o 大気圧の大きさは、次の式を用いて計算できます。
p o = ρ gh
測定結果に基づくと、海面における平均大気圧は 1,013 x 10⁵ N /m²です。海面における大気圧の大きさは、気圧の別の単位である atm (atmosphere) を定義するために使用されます。したがって、1 atm = 1,013 x 10⁵ N /m² = 101,3 kPa (kPa = キロパスカル) となります。圧力の別の単位は bar (気象学でよく使用されます) です。1 bar = 1,00 x 10⁵ N /m² = 100 kPa です。
上記の気圧値はどのようにして得られたものですか？
この測定は、上記でトリチェリが実証した原理を利用しています。使用する水銀柱の高さは76cm（大気圧では76,0cmの高さの水銀柱しか支えることができません）で、使用する水銀の温度はちょうど0です。 oCであり、重力加速度の大きさは9,8 m/s²である。2この状態における水銀の密度は 13,6 × 10 です。3 キログラム/メートル3大気圧：
圧力計
圧力を測定するために使用される道具は数多くあり、その中には開放管式圧力計も含まれる。
開放管マノメーターでは、管はU字型で、管内に液体（水銀または水）が部分的に満たされています。測定される圧力は、管内に挿入された2つの液体の高さの差に関係しています。圧力は次の式を用いて計算されます。
一般的に、計算されるのはρghの積ではなく、液面の高さ(h)です。これは、圧力が水銀柱ミリメートル(mm hg)または水柱ミリメートル(mm H 2 O)で表されることがあるためです。mm hgは、エヴァンジェリスタ・トリチェリにちなんでtorrとも呼ばれます。
マノメーターの他に、アネロイド気圧計（機械式と電気式の両方）やタイヤ空気圧計など、他の測定機器も存在する。トリチェリが気圧測定に用いた機器は水銀気圧計とも呼ばれ、ガラス管に水銀を満たし、それを逆さまにして、同じく水銀を含む板に重ねる構造になっている。
定格圧力、ゲージ圧力、絶対圧力
車のタイヤに空気を入れるときは、通常、空気圧計を使用します。これにより、タイヤの空気圧が低すぎたり高すぎたりしないことが保証されます。タイヤに空気を入れるときは、タイヤ内部の空気圧のみが測定されます。大気圧は考慮されません。タイヤの空気圧を測定するときだけでなく、他のほとんどの圧力測定でも、大気圧は測定されません。この測定された圧力は、測定圧力と呼ばれます。では、これと絶対圧力の違いは何でしょうか？
絶対圧力 = 大気圧 + 測定圧力。つまり、絶対圧力を求めるには、測定圧力を大気圧に加えます。言い換えれば、絶対圧力 = 全圧です。数式で表すと次のようになります。
p = pa + p 測定
例えば、測定したタイヤの空気圧が100 kPaの場合、絶対圧力は次のようになります。
p = pa + p 測定
p = 101 kPa + 100 kPa
p = 201 kPa
絶対圧力＝201 kPa。
もう一つ、ゲージ圧という用語があります。ゲージ圧とは、大気圧を超える圧力のことです。例えば、オートバイのタイヤの空気圧を考えてみましょう。オートバイのタイヤが空気を抜かれた状態では、タイヤ内部の圧力は大気圧（大気圧 = 1,01 × 105⁵ Pa = 101 kPa）と等しくなります。タイヤに空気を入れると、タイヤの空気圧は自然に上昇します。タイヤの空気圧が101 kPaを超えると、その超過圧力はゲージ圧とも呼ばれます。
流体圧力に関する例題
例題1：
潜水艦が水深200メートルまで潜航します。潜水艦が受ける圧力はどれくらいですか？
ダイブ？g = 10 m/s2
討論
以下のことが知られています。
水深（h）＝200m
海水の密度 (ρ) = 1,03 x 103 キログラム/メートル3 = 1030 kg / m3 （密度表を参照）
大気圧 (Pa) = 1 atm = 1 x 105 N / M2 = 1 × 105 (kg m/s)2)/m2 = 1 × 105 キログラム/秒2
重力加速度 (g) = 10 m/s²2
質問：プレッシャー
ジャワブ：
容器は開放されているため、大気圧は計算に含まれません。
例題2：
高さ10メートルの貯水槽に水が満たされています。貯水槽の表面が
容器が閉じている場合、容器底部の水圧はいくらですか？ g = 10 m/s2
討論
以下のことが知られています。
高さ（h）＝10m
水の密度 (ρ) = 1,00 x 103 キログラム/メートル3 = 1000 kg / m3
大気圧 (Pa) = 1 atm = 1 x 105 N / M2 = 1 × 105 (kg m/s2） / NS2 = 1 × 105 キログラム/秒2
重力加速度 (g) = 10 m/s²2
質問：プレッシャー
ジャワブ：
容器は密閉されているため、大気圧は計算に含まれません。
例題3：
右側の水柱の高さは50cm、左側のもう一方の液体柱の高さは30cmです。もう一方の液体の密度はいくらですか？
討論
以下のことが知られています。
重力加速度 (g) = 10 m/s²2
水位（h）1） = 50 cm
水の密度（ρ）1) = 1,00 x 103 キログラム/メートル3 = 1000 kg / m3
その他の流体高さ（h）2） = 30 cm
その他の液体の密度（ρ）2）=？
pa + ρ 1 gh 1 = pa + ρ 2 gh 2
大気圧（Pa）と重力加速度（g）は同じなので、互いに打ち消し合います。
例題4：
ガラス管の中には高さ10cmの液体が入っている。管底の水圧は1200N/mである。2g = 10 m/s の場合2空気圧は無視してください。液体の密度はどれくらいですか？
A. 800 kg/m3
B. 900 kg/m3
C. 1000 kg/m3
D. 1200 kg/m3
E. 1300 kg/m3
議論 ：
知られている :
ケティンジャン 液体の高さ (h) = 10 cm = 0,1 メートル
水圧（P） チューブの底部における応力 = 1200 N/m2
重力の加速 (g) = 10 m/s2
質問 :
密度 液体？
ジャワブ :
密度 液体の密度は1200 kg/m³です。3.
正解はDです。
例題5：
連結された容器内の水銀の表面差は3cmである。水銀の密度は13,6g/cm³である。3左側の管の中の液体の高さは10cmです。この液体の密度はいくらですか？
A. 800 kg/m3
B. 1030 kg/m3
C. 1080 kg/m3
D. 1300 kg/m3
E. 1360 kg/m3
議論 ：
知られている :
水銀の高さ (h) = 3 cm = 0,03 m
水銀の密度 = 13,6 g/cm³3 = 13600 kg / m3
液体の高さ (h) = 10 cm = 0,1 m
質問 :
密度 液体？
ジャワブ：
システムは静的平衡状態にあるため、液体の圧力（左側の管）＝水銀の圧力（右側の管）となります。
P空気 + P液体 = P空気 + Pラクサ
気圧は同じなので、方程式から除外されます
P液体= P空気
正解はCです。
