天気とその変化の問題

縦 $10\text{cm}$、横 $20\text{cm}$、高さ $5\text{cm}$ の直方体のれんががあり、その質量は $3\text{kg}$ である。このれんがを、水平な床の上に 1 つの面を下にして置く。置き方は 3 通りあるが、れんがが床におよぼす圧力が最も大きくなるように置いた。

このときの気圧が $1020\text{hPa}$ であるとすると、気圧の大きさは、れんがが床におよぼす圧力の大きさの何倍ですか。

ただし、質量 $100\text{g}$ の物体にはたらく重力の大きさを $1\text{N}$ とし、$1\text{hPa}=100\text{Pa}$、$1\text{Pa}=1{\text{N/m}}^2$ とする。また、れんがが床におよぼす圧力には、大気による圧力はふくめないものとする。

底面積が $2{\text{cm}}^2$ の細長い円柱形の容器を水平な床の上にまっすぐ立て、水を入れていく。水の重さによって容器の底面にはたらく圧力が、気圧 $1010\text{hPa}$ と等しくなるのは、容器の中の水の深さが何 m のときですか。

ただし、水の密度は $1{\text{g/cm}}^3$、質量 $100\text{g}$ の物体にはたらく重力の大きさを $1\text{N}$ とし、$1\text{hPa}=100\text{Pa}$、$1\text{Pa}=1{\text{N/m}}^2$ とする。また、容器そのものの重さは考えず、水の上の面にはたらく大気の力も考えないものとする。

平らな天井に吸盤をおしつけてはりつけ、吸盤のフックに物体をつり下げた。吸盤の内側には少量の空気が残っており、吸盤の内側の空気が吸盤をおす面の面積と、外側の大気が吸盤をおす面の面積は、どちらも $25{\text{cm}}^2$ であるとする。まわりの気圧は $1010\text{hPa}$ である。

つり下げる物体の質量を少しずつ大きくしていったところ、質量が $4\text{kg}$ になったとき、吸盤が天井からはなれ始めた。このとき、吸盤の内側の空気の圧力は何 hPa であったと考えられますか。

ただし、質量 $100\text{g}$ の物体にはたらく重力の大きさを $1\text{N}$ とし、$1\text{hPa}=100\text{Pa}$、$1\text{Pa}=1{\text{N/m}}^2$ とする。吸盤とフックの質量は考えず、吸盤がはなれ始めるとき、天井が吸盤をおす力は $0$ になるものとする。

標高 $200\text{m}$ の観測地点で、ある時刻の気温は $18{}^{\circ }\text{C}$ であった。このとき、観測地点の空気のかたまりが上昇していき、標高 $1400\text{m}$ で雲ができ始めた。

空気のかたまりは、雲ができ始めるまでは $100\text{m}$ 上昇するごとに温度が $1{}^{\circ }\text{C}$ ずつ下がるものとする。また、空気のかたまりが上昇しても、空気 $1{\text{m}}^3$ 中にふくまれる水蒸気量は変わらないものとする。気温と飽和水蒸気量の関係は次のとおりである。

• $4{}^{\circ }\text{C}$: $6.4{\text{g/m}}^3$
• $6{}^{\circ }\text{C}$: $7.3{\text{g/m}}^3$
• $8{}^{\circ }\text{C}$: $8.3{\text{g/m}}^3$
• $10{}^{\circ }\text{C}$: $9.4{\text{g/m}}^3$
• $12{}^{\circ }\text{C}$: $10.7{\text{g/m}}^3$
• $14{}^{\circ }\text{C}$: $12.1{\text{g/m}}^3$
• $16{}^{\circ }\text{C}$: $13.6{\text{g/m}}^3$
• $18{}^{\circ }\text{C}$: $15.4{\text{g/m}}^3$

この時刻の観測地点の湿度は何 % ですか。小数第 1 位を四捨五入して整数で求めなさい。

ある日、地点 P では 9 時に気温が急に下がり、風向が南寄りから北寄りに変わった。これは、南北にのびた寒冷前線が 9 時に地点 P を通過したためである。この寒冷前線は、真東に向かって一定の速さ $36\text{km/h}$ で進んでいた。

寒冷前線の前線面（寒気と暖気の境の面）は、地上の前線から西へ向かって高くなっており、地上の前線から西へ水平に $50\text{km}$ はなれるごとに、前線面の高さが $1\text{km}$ ずつ高くなっているものとする。前線面より下は寒気、上は暖気である。前線面の形と前線の速さは変わらないものとする。

この日の 12 時 40 分に、地点 P の真上にある寒気の層の厚さ（地面から前線面までの高さ）は何 m ですか。