なぜ手で木板にピンを簡単に押し込むことができるのでしょうか。?

この記事では、書包の持ち手と細い糸の持ち手を比較する実験を通して、物理学の圧力の概念を紹介しています。実験では、针の先端と木板の接触面積が針の頭部と手の接触面積よりもはるかに小さいことを示し、木板にかかる圧力は手にかかる圧力よりもはるかに大きいため、手で針を木板に簡単に押し込むことができることを説明しています。

なぜ手で木板にピンを簡単に押し込むことができるのでしょうか。

簡単な実験をしてみましょう。自分のバックパックに本を入れて、重さが約2キロになるようにします。まず、バックパックの持ち手を手でつかみ、数分間動かさないままにします。次に、細い強い糸でバックパックをつなぎ、手で糸を持って数分間空中に吊るします。すると、バックパックの持ち手を持つよりも、糸を持つときの方が手が痛くなることに気づくでしょう。この2つの状況では、持ち上げる重量は同じですが、手にかかる力は同じですが、感じが違うのです。これは、私たちの感覚(または力の効果)が力の大きさだけでなく、受力面積にも左右されるためです。物理学では、この効果を「圧力」と呼びますが、簡単に言えば、圧力は力除以受力面積です。バックパックを持ち上げるとき、手にかかる力は同じですが、細い糸を持つときは受力面積が小さいため、圧力が大きくなり、力の効果が強くなり、持ち上げるときに手が痛くなるのです。

もう一つ、ネジを観察してみましょう。ネジの頭部は手と接触する面積が大きく、ネジの先端は木板と接触する面積が小さいです。手でネジを押すとき、手から木板にかかる力は同じですが、ネジの頭部と手の接触面積がネジと木板の接触面積の数百倍であるため、力の効果として、木板にかかる圧力は手にかかる圧力の数百倍になります。そのため、私たちは簡単に手でネジを木板に押し込むことができます。