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科学

面積、圧力、荷重の違いは?変換(換算)の計算問題を解いてみよう【計算式】

機械的、構造的な科学のデータ処理を行う際には、関連する用語についてきちんと学んでおく必要があります。

例えば、材料力学の分野などでは「面積」「圧力」「荷重」などの概念を良く見かけますが、これらの定義や違いについてきちんと理解できていますか。

ここでは、面積・圧力・荷重の意味や変換の計算式について解説していきます。

面積、圧力、荷重の定義と計算式

それでは、以下のような直方体の物体の面積、圧力、荷重について考えていきましょう。

ここで、面積とは面の大きさのことを意味し、辺の長さ×辺の長さで求めることができます。SI系の単位で考えると、辺の長さの単位は「m(メートル)」を使用するため、面積の単位は基本的には「m2(平方メートル)」を使用します。

他にも接頭語がついたm2だけではなく、cm2(平方センチメートル)、mm2(平方ミリなども使用することが多いです。

次に荷重と圧力について考えていきましょう。

荷重とは材料にかかる外力のことであり、単位N(ニュートン)を使用することが基本です。他にもkgf(キログラム重、キログラムフォース)を採用するケースもあります。

上のような直方体であればある面にかかる荷重は~Nというように使います。

そして、圧力はこれら荷重と面積の定義を用いて説明することができます。圧力の意味は単位面積あたりの荷重(外力)のことを意味します。

なお、圧力、面積、荷重の関係の計算式は以下の通りとなります。

そして、圧力の単位としてPa(パスカル)を使用することが一般的であり、上の換算式を見るとわかりますが、Pa=N/m2という単位換算もできるのです。

このように、面積、圧力、荷重には違いと関係があり、各々変換できるのです。

面積、圧力、荷重の換算の計算問題を解いてみよう

それでは、面積、圧力、荷重の換算に慣れるためにも、練習問題を解いていきましょう。

面積と荷重から圧力を求める

例題

ある直方体におけるある面の面積は5m2です。ここに荷重15Nをかけたとすると、この面積にかかる圧力Paを計算していきましょう。

解答

上の圧力、荷重、面積の定義に従い問題を解いていきましょう。

15 / 5 = 3Paと求めることができるのです。

圧力と面積から荷重を計算してみよう

同様に圧力と面積から荷重への換算を行っていきます。

例題

ある直方体において面積が0.2m2である特定の面にかかる圧力は5Paでした。このとき面にかかる荷重はいくつになるでしょうか。

解答

上の計算式に従って求めていきます。

0.2 × 5 = 1Nと荷重を求めることができます。

荷重と圧力から面積を計算しよう

さらに、荷重と圧力から面積を求めていきましょう。

例題

ある面に対して、圧力が12Paが均一にかかっており、面全体の荷重は3Paです。このときの面積はいくつになるでしょうか。

解答

荷重/面積=圧力のため、荷重を面積で割ると圧力を計算することができます。

よって3 / 12 = 0.25m2となります。

まとめ

ここでは、圧力、荷重、面積の意味や違い、その換算方法について解説しました。

ある面に注目した場合に、面の大きさを面積、面全体にかかる力を荷重、単位面積あたりにかかる荷重を圧力と呼びます。ここで、面積の単位にはm2(平方メートル)、荷重の単位にはN(ニュートン)、圧力の単位にはPa(パスカル)を使用することが基本です。

さらに、圧力=荷重/面積で変換することができ、その単位の計算式ではPa=N/m2が成立します。

材料力学だけでなくさまざまな場面でこれら、圧力、荷重、面積の概念や違いを求められることがあるため、きちんと理解しておきましょう。

 

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アラサーの男性です。自分が今まで経験・勉強してきた「エクセル」「ビジネス用語」「生き方」などの情報を、なるべくわかりやすく、楽しく、発信していきます。 一緒に人生を楽しんでいきましょう