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静水圧とは?1分でわかる意味、性質、計算、動水圧、全水圧との違い

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静水圧(せいすいあつ)とは、静止する水の圧力です。単に「水圧(すいあつ)」と言うことも多いです。一方、流れる水の圧力を「動水圧(どうすいあつ)」といいます。建築物や設備機器(例えば貯水タンク)も、水圧を考慮して設計することがあります。静水圧は、重力の作用による水の重さとも言えます。よって、水深が深くなるほど静水圧の値は大きくなります。


今回は静水圧の意味、計算、動水圧、全水圧との違いについて説明します。全水圧の意味は下記が参考になります。

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静水圧とは?

静水圧(せいすいあつ)とは、静止する水の圧力(単位面積当たりの力)です。単に「水圧」と言うことも多いです。地球は重力が生じており、水には重さがあります。この「水の重さ」が静水圧です。


下図をみてください。水を受け止める壁があります。この壁には静水圧が作用しており、三角形分布の圧力です。


図 静水圧と三角形分布


なぜ三角形分布になるか説明します。下図をみてください。1kgの箱を3つ積み上げました。


図 静水圧が三角形分布になる理由


このとき1番下の箱は、上2つの箱の重さが加わっています。自分の箱の重さを加えて3kgです。各箱の重さを測ると、1kg⇒2kg⇒3kgの通りです。


あらゆるものに重力が働くように、水にも重力が働きます。そして前述の箱と同じように、水深が深い位置では、それより上の水の重さが作用します。要するに、水深が深くなるほど水圧は大きくなるのです。


図 静水圧と水の重さ


逆に言うと、水面では、それより上の水の重さが無いので静水圧=0と考えます。水面で静水圧=0、水中の底で静水圧が最大となるので、壁に作用する静水圧は下図のような三角形分布になります。


図 静水圧と三角形分布

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静水圧の性質

静水圧には重要な性質が3つあります。


・水深が深いほど静水圧は大きくなる

・静水圧は、ある面に対して垂直に作用する

・ある点に作用する静水圧は全て等しい


静水圧は、ある面に対して垂直に作用します。よって、下図のように斜めの壁があるとき、静水圧は「斜めの壁に対して」垂直に作用します。


図 静水圧の性質と斜めの壁


水深が深いほど静水圧が大きくなる理由は前述した通りです。

静水圧の計算

では実際に静水圧を計算しましょう。下図をみてください。水深がHのとき、最大となる静水圧Pは、


p =ρ×g×H


です。


図 静水圧の計算


ρは水の密度、gは重力加速度、Hは水深です。簡単ですよね。なお水の密度=1.0t/m3です。g=10.0m/s2、H=5mのとき、


p=ρ×g×H=1.0×10.0×5 kN/㎡ ⇒ 50kPa


となります。

静水圧と動水圧、全水圧との違い

静水圧と動水圧、全水圧の違いを下記に示します。


静水圧 ⇒ 静止する水の圧力(単位面積当たりの力)。水の重さ

動水圧 ⇒ 流れる(動く)水の圧力

全水圧 ⇒ 静水圧×静水圧の作用する面積。静水圧の合力


全水圧の詳細は下記が参考になります。

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まとめ

今回は静水圧について説明しました。意味が理解頂けたと思います。静水圧は、静止する水の圧力(単位面積当たりの力)です。水の重さともいえます。静水圧は水深が深いほど大きな値になります。また面に対して垂直に作用することも覚えましょう。下記も参考になります。

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