物理分野の用語と知識の問題
ふもとの売店で買った、空気が入った状態で密閉されているスナック菓子の袋を持って山に登ったところ、山頂では袋が買ったときよりも大きくふくらんでいた。袋に穴はあいておらず、ふもとと山頂の気温は同じであったものとする。
次の文は、このことについて述べたものである。
袋の外側の空気は、袋の表面のどの部分にも、その面に（ a ）な向きに力を加えている。山頂では、ふもとに比べて上にある空気の層が薄いため大気圧が（ b ）なり、袋の中の空気が内側から袋を押すはたらきの方が上回るようになったため、袋がふくらんだ。
文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 平行 | 大きく |
| イ | 垂直 | 大きく |
| ウ | 垂直 | 小さく |
| エ | 平行 | 小さく |
この問題で使うもの
- 圧力・水圧・大気圧・浮力の性質（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（3 技能）
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
大気圧がどのようにして生じ、物体の面に対してどの向きにはたらくかを思い出そう。
ヒント 2
大気圧はその場所より上にある空気の重さによる圧力であり、水圧と同じように面に対して決まった向きにはたらく。
ヒント 3
標高が高いほど上にある空気が少なくなることから、b は 2 つのうち一方に決まる。これで選択肢はウ・エの 2 つにしぼれる。あとは a の向きを考えよう。
答えと解説
答えを見る
ウ
どこでつまずきましたか？（選ぶと、戻る場所を案内します）
解説を読む
空欄 a
大気圧は、地球をとりまく空気にはたらく重力によって生じる圧力である。大気圧は上からだけでなくあらゆる向きからはたらき、物体の表面に対して垂直な向きに力を加える。そのため、袋の上面・下面・側面のどこにも、面に垂直に押す力がはたらいている。
空欄 b
大気圧は、その場所より上にある空気の重さによって生じるので、標高が高い場所ほど上にある空気の層が薄くなり、大気圧は小さくなる。山頂では袋を外から押す大気圧が小さくなるため、密閉された袋の中の空気が内側から押すはたらきの方が上回り、袋がふくらむ。
各選択肢について
- ア a の「平行」も、b の「大きく」も誤り。
- イ a は正しいが、b の「大きく」は誤り。大気圧が大きくなれば、袋は外から強く押されてしぼむはずである。
- ウ a、b ともに正しい。
- エ b は正しいが、a の「平行」は誤り。大気圧は面に垂直な向きにはたらく。
よって答えは ウ である。
別解
a: 圧力は面に垂直な向きにはたらく力による。大気圧も袋の表面に垂直な向きに力を加える。
b: 山頂では上にある空気の層が薄いので大気圧は小さくなる。そのため袋の中の空気が内側から押す力のほうが上回り、袋がふくらむ。
ア: a 平行、b 大きく で両方誤り。イ: b が大きくで誤り。ウ: 垂直、小さくで正しい。エ: a が平行で誤り。
よって正解はウ。