流体
U 字管マノメータ
P₁ > P₂ を加えると左側の液面は低くなり、ΔP = P₁ − P₂ = ρgΔh となります。
U 字管マノメータ — インタラクティブな流体シミュレーション。P₁ > P₂ を加えると左側の液面は低くなり、ΔP = P₁ − P₂ = ρgΔh となります。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
静水圧
U字型の圧力計は、圧力差が接続された流体にどう高さの差を生むかを示します。
P₁ > P₂ を加えると左側の液面は低くなり、ΔP = P₁ − P₂ = ρgΔh となります。
- P = ρgh
- ΔP = ρgΔh
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
U字管の両側に水が異なる高さで入り、両端は空気に開いている。二つの柱の間の圧力差を決めるものは何か？
検討する予測
- 圧力差は管内の水の総量に依存する。
- 両側が空気に開いている限り、圧力差はない。
- 圧力差は二つの側の高さの差だけに依存する。
可変的な役割
設定するもの：
- 左の高さ h_L (m)
- 右の高さ h_R (m)
測定するもの：
- 圧力差 ΔP (Pa)
実験の進め方
- fluid-utube プリセットを開き、「リセット」を押す。U字管の左側と右側で水面の高さが異なる。
- 圧力差の表示を有効にする。
- 各試行の左側と右側の水面の高さを設定し、圧力差の表示を記録する。
支配方程式
静水圧 — P = ρ·g·h
流体の圧力は深さとともに直線的に増加する：P = ρgh。両端が空気に開いた U字管では、二つの柱の間の圧力差は完全に高さの差から生じる。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 水の密度 1000 kg/m³ と g = 9.8 m/s² を用いて、1回の試行の ΔP = ρg(h_R − h_L) を計算し、表示値と比較する。
- 3回の試行では絶対的な高さが異なるが、同じパターンになる。ΔP が管全体の水の量ではなく高さの差だけに依存する理由を説明する。
実験以外での活用
- 水銀気圧計は、水の代わりに水銀（密度 13,600 kg/m³）を使う同じ原理である。同じ高さの差なら、圧力差は水の場合より大きいか小さいか？およそ何倍か？
- ダイバーは深く潜るほど圧力の増加を感じる。ΔP = ρgΔh を使って、水深 10 m の圧力が 5 m の圧力のおよそ2倍になる理由を説明する。
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- U字管へようこそ
- 再生
- 高さ差を読み取る
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。