こいのぼりで風向きを知る、(２０１９年高知）
風向きの考え方
高知県のある地点05月のある日の午前9時に.雲風な風向-気圧-湿度を観測した。
雲量と風力を観測した結果,雲量はれ風力は4であ雨や雪は降っていなかった。また、小さなこいのほりを用いて図1のような装置をつくのカ位磁針で東西南北を合わせて置き、風向を観測した。図2は観測時のこの装置のようすを真上から見た模式図である。このときの観測結果をもとに天気風な風向を天気図記号を使って表せ。
雲の量は目視で０
雲量 ０～１ 快晴 〇
運量 ２～８ 晴れ ⦶
運量 ９～１０ くもり ◎
広島市気象観測グラフ（江波山）から引用
よくテストで狙われるのが 雲量８ 雲が多いが 晴れに分類される。
快晴は 〇 雲がない
晴れは ⦶ くもがあるのを⦶に棒を加えて表す
くもりは ◎
風が吹くとこいのぼりは風向きと反対向きにたなびく。
こいのぼりが北と東の間の北東にたなびいているのは反対の南と西にの間の南西から風が吹いているということになる。
よって、風向きは南西
晴れ ⦶
風向き 南西
風力４
方位を理解しているか？
水平面に置いた記録用紙に真っすぐな棒を垂直に立てた装置をつく方位磁針で東西南北を合わせて置いた。この装置を使って夏至の日に,高知県のある地点棒の影の先端の位置を1時間おきに記録用紙に記録した。このことについて、次の(1)・(2)の問いに答えよ。
(1)記録用紙に記録された影の先端の位置をなめらかな線で結んだ。この記録用紙を模式的に表した図として最も適切なものを.次のア~工から一つ選その記号を書け。
高知市の緯度３３．６度なので南中高度は
９０－緯度＋23.4＝79.8度
、このとき影の位置は真北で一番影の長さが短くなる。
夏至の日は北寄りの東から太陽が昇るので、影は南寄りの西にできる
そこから、影は真北を通り、南寄りの東に沈む。
よって答えはウ
三重県の問題よりも全体的に南寄りになっている、
ポイント
こいのぼりのたなびく向きは風向きと逆
、影のできる向きは太陽の位置と逆
逆の世界を考えることができるかという問題である。
南中高度の意味が分かっているか？
次の図は、太陽光発電装置を模式的に表したものであり,図中の角度aは、太陽光発電パネルと水平面とのなす角度を表している。太陽光発電パネルは、太陽からの光の量が一定の場合, 図のように,太陽の光と太陽光発電パネルとのなす角度が直角に近いほど、より多く発電する ことができる。北緯33度,東経133度のある地点に太陽光発電装置を設置するとき,春分の 日の太陽が真南にくる時刻に太陽の光が太陽光発電パネルに垂直に当たるようにするには, 角度aを何度にすればよいか,書け。
ａ＋９０＋南中高度＝180
a=180ー90ー南中高度
a=９０ー南中高度
春分の日の南中高度は
９０―緯度より
a=９０ー（９０－緯度）
ａ＝９０－９０＋緯度
ａ＝緯度
高知の緯度は３３度より
ａの大きさは33度
これがもし、夏至の場合、
南中高度は
９０―緯度＋23.4だから
a=９０－南中高度
＝90-90＋緯度-23.4
＝33-23.4
＝9.6
冬至の場合、
南中高度は
９０－緯度ー23.4
a=90-南中高度
＝90-90＋緯度＋23.4
＝33＋23.4
=５３．４度
ａの設置角度は
冬至５３..４度
ここから角度は小さくなる
春分の日３３度
角度はどんどん小さくなる
夏至 ９．６度
ここから角度は大きくなる
秋分の日３３度
さらに角度は大きくなる
冬至 ５３．４度
南中における太陽パネルの再提起角度は、次のようになる。
夏至が最低角度、
冬至が最高角度。
太陽パネルが可動式で一年中動かさないといけないとすると
9.6＜ａ＜53.4
になる。
天気記号を書く問題は最近は方位が重要になっている（２０２０年熊本）
風速が与えられているときの天気記号(２０２０年熊本）
表14と表15から、12時の天気,風向,風力を,天気図に使用する記号で解答用紙の図中にかきなさい。
１２時の時の天気は 晴れ ⦶
風向きは 西北西
風速4.0m/s
表１5より風力３
ここでのポイントは 西北西
北と西の間が北西
西北西とは西寄りの北西
このように、風速から風力を求める問題がある。
１６方位は必ず言えるようにしておくこと
風向計の図
図１Iのような風向計で西南西の風を観測したとき,風向計を真上から見た様子として最も適切なものはどれか。次のア~エから1つ選び,記号 で答えなさい。
この形の風向計はとがっている方向が風が吹いている方向である。
よってア
天気記号（千葉県） 動画解説
影はどう動く(２０１１年三重県）
夏至の日の三重県にて観測を行った。板の上に画用紙をはり方位磁針て方位を調べ東西南北を記入しその中心に垂直に棒を立て-日当たりのよい水平な場所に固定し太陽が南中したときとその後の影のでき方を調べた。図3は,この町太陽が南中したときにできた棒の影のようすである。
観測②で、南中したときをふくめ一時間ごとに3回.棒の影の先端の位置を・で画用紙に記録し、その・をなめらかな線で結んだ。なめらかな線を模式的に表したものはどれか、最も適当なものを次のア~工から一つ選び:その記号を書きなさい。
夏至の日は影の長さが一番短い。南中時に北に一番短い影ができる。
太陽は西に進むので影は東にできる。夏至の日は太陽は北寄りに沈むので南寄りの東に沈む。
ウ
風力１はどうかくか？(２０１８年秋田）
間違えやすい問題
風力１
風力１を表したものはどれか。
天気記号が快晴を示している。
雲量（うんりょう）は目視で
０～１ 快晴
２～８ 晴れ
９，１０ くもり
矢羽根の書きかた
１番目の位置、６番目までは右側、７以降は左側
画像は
気象のしくみと天気の変化１：気象観測（導入） | ラスカルのブログ
より引用
よって、風速１の答えはエとなる
風力階級表
風力はビューフォート風力階級表を基にしてつけられている。
世界的に知られているビューフォート風力階級表を使い目視で観測した風力を風速に換算することで、風速をある程度推定することが可能です。
| 風力階級 | 説明 | 相当風速 | |
|---|---|---|---|
| 地表物の状態（陸上） | m/s | ||
|
0 |
静穏。煙はまっすぐに昇る。 |  |
0.0-0.2 |
| 1
|
風向きは煙がなびくのでわかるが、風見には感じない。 |  |
0.3-1.5 |
|
2 |
顔に風を感じる。木の葉が動く。風見も動きだす。 |  |
1.6-3.3 |
|
3 |
木の葉や細かい小枝がたえず動く。軽い旗が開く。 |  |
3.4-5.4 |
|
4 |
砂埃がたち、紙片が舞い上がる。小枝が動く。 |  |
5.5-7.9 |
|
5 |
葉のある灌木がゆれはじめる。池や沼の水面に波頭がたつ。 |  |
8.0-10.7 |
|
6 |
大枝が動く。電線が鳴る。傘はさしにくい。 |  |
10.8-13.8 |
|
7 |
樹木全体がゆれる。風に向かっては歩きにくい。 |  |
13.9-17.1 |
|
8 |
小枝が折れる。風に向かっては歩けない。 |  |
17.2-20.7 |
|
9 |
人家にわずかの損害がおこる。 |  |
20.8-24.4 |
|
10 |
陸地の内部ではめずらしい。樹木が根こそぎになる。人家に大損害がおこる。 |  |
24.5-28.4 |
|
11 |
めったに起こらない広い範囲の破壊を伴う。 | 28.5-32.6 | |
|
12 |
>32.7 | ||
この風力階級表を覚える必要性はないが、
静岡県では、過去に風速から風力を求める問題があった。
風速から求める問題
表３で表される天気記号を表４を基に図１０に示しなさい（２０１６年静岡）
方位の考え方
中学受験：どっちが東？方角や16方位の簡単な覚え方 | かるび勉強部屋
北と東の間は 北東
東北東は 東寄りの北東 だから 東と北東の間にある。
よって、
磁力と重力の合わせ技で圧力を求める（２０１４年山口）
[実験2]
1 電子てんびんに紙箱をのせ, 表示を0にした後, 紙箱の上に底面積10cm²”, 高さ2.5cm の円柱形をした鉄のおもりを置いた。紙箱は,電子てんびんが磁界の影響をなるべく 受けないようにするために使用した。
2 図2のように,電磁石をおもりの真上に離して固定し,電源装置,電流計,抵抗,電磁石を直列につないだ。
3 回路に流れる電流を0A~3.0Aまで0.5Aずつ変化させたときの電流計と電子てんび 電子てんびんの値を記録した。表1は,これをまとめたものである。
表１
| 電流計の値 [A] | 0 | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 |
| 電子てんびんの値 [g] | 200 | 195 | 188 | 171 | 150 | 129 | 110 |
問題
4 表1から,それぞれの電流の大きさのとき,おもりが電磁石から受ける磁力の 大きさを求めた。ただし, 100g の物体にはたらく重力の大きさを1Nとする。
電子てんびんの値と単位の換算
(3) 実験2の3において,電流が1.0A のとき,紙箱の上面がおもりの底面から受ける圧力の大きさは何 N/m²か。求めなさい。
力のつり合いから
Ｎ＝天びんが箱とおもりを押す力（垂直抗力）
Ｆ＝電磁石がおもりを引く力
ｆ＝ おもりとはこの重力
とすると
Ｎ＋Ｆ＝ｆ
ここで、電流計の値が０Ａのとき、電磁石による力がかかっていないので
Ｆ＝０である。
このとき、ｆ＝Ｎ
この時の電子天秤の値は200ｇである
箱とおもりが電子天秤を押す力が200ｇの重さで2.00Ｎである。
Ｎは箱とおもりが電子天秤を押す力の反作用で大きさが同じ2.00Ｎになる。
電流計の大きさが1.0Ａのとき、
おもりとはこが天びんを押す力は188ｇの重さであるので1.88Ｎである。
箱の底面積は１０ｃｍ²である。
圧力は
=
=
ここで１cm＝より １cm²＝
＝
であるから、
である。
よって、
=
=
=1880 N/m²
これは
Ｎ/ｃｍ²をＮ/ｍ²に変換できるかという問題である。
このように単位変換に関する問題は圧力の問題ではよく出題される
Ｎ/cm² → Ｎ/m² に変換するときは10000倍する。
Ｎ/m² → Ｎ/ｃｍ² に変換するときは 倍する
という関係である。
センチ→メートルは倍、平方センチ→平方メートルでは平方は２乗するという意味だから、
＝
倍したいところだが、
単位のところでが
と逆数になっているので、
の逆数の10000倍をかける。
メートル→センチはこの関係の逆だから10000の逆数の倍をかける。と覚えればいいと思ってしまう。
高校入試ではこう覚えても解けてしまうが、高校の物理基礎ではこの単位の換算が何度も出てくるので、倍または10000倍すると覚えずに、変換の仕方をマスターしたい。
山口県のこの年の高校入試でこの問題の正答率がかなり低かった。
この問題は正答率が低いということはよく知られていて、平均点調整で平均点を下げたいときはこの単位換算の問題を持ってくることが知られている。
だからこそ、これをできないというままではテスト作成者の思惑にはまってしまうので、単位換算は解けるようにしておきたい。
この問題では 電子天秤の値が示す188ｇというものが何を示しているのか
単位の換算
という二つの能力を同時にきいている。
(4) 実験2において,おもりには,磁力,重力,垂直抗力の3つ の力がはたらいている。次のア, イに答えなさい。
ア おもりにはたらいている3つの力を矢印で模式的に表すと どのようになるか。最も適切なものを次の1~4から選び,記号で答えなさい。
垂直抗力は天びんと箱が接しているところが作用点で上向き
重力は箱の中心で下向き
電流が流れるほど、天びんの示す値は小さくなるので、磁力はおもりを引き付ける力で上向きに引っ張る力である
これは４が答えになる。
イ 電流が2.0Aのとき,おもりにはたらく磁力の大きさは何Nか。求めなさい。
Ｎ＋Ｆ＝ｆで2.0Ａのとき
はことおもりが天びんを押す力は 150ｇの力だから 1.50Ｎ
この力と垂直抗力は作用反作用の関係にあるのでＮ＝1.50Ｎ
ｆは電流が流れようが流れなくてもｆ＝2.00Ｎ
Ｎ＋Ｆ＝ｆに代入して
1.50＋Ｆ＝2.00
Ｆ＝2.00-1.50
Ｆ＝0.50Ｎ
磁力の大きさは0.50Ｎ
磁力とばねの男性力と重力の合わせ技はよく出ている。(２０２１年長崎）動画解説
単位換算の関連記事
ボールから空気を抜くとボールは軽くなる。（２０１６福井）
ボールから空気を抜く
ボールに空気を入れて、質量を測り、ボールの大きさが変わらない程度に空気を抜き、再び質量を測った。測定の結果、図１のように変化した
ボールから空気を抜いたということは、ボールに入っていた空気の質量分軽くなるので
306.4-305.5＝0.9ｇ軽くなった。
ボールから抜いた空気の体積を求めてみよう。空気の密度は0.0012g/cm³とする。
ここで 密度をｄ 質量をｍ 体積をＶとすると
V=750cm³
圧力の大きさ
図２のように、重さ３Ｎの直方体の物体をスポンジの上に乗せ、下にする面を変えてスポンジのへこみ具合を観察した。
圧力は何倍か。割り算は逆数をかける
物体のＡ面を下にしておいたとスポンジは最も深く沈みこんだ。Ａ面を下にした時にスポンジが物体から受ける圧力はＢ面を下にした時の何倍か。
Ａ面を下にした時の圧力をＰ₁
Ｂ面を下にした時の圧力をＰ₂
とする。Ａ面の面積は 3cm✕2cm=6cm²
B面の面積は3cm✕5cm＝15cm²
物体の重さは３Ｎ
A面の圧力はＢ面の圧力の何倍かはＡ面の圧力をＢ面の圧力でわる
=2.5倍
大気圧の比較
実験2で物体のA面を下にしておいた。このとき、次のア~ウの文について、正しいものに〇、誤っているものに×をつけよ。
ア Ｂ面およびＣ面は、水平な台に対して垂直になっているのでB面およびc面には大気圧ははたらかない。
大気圧はどの面にも働くのでこれは間違い。
イ 大気がB面を押す力と,B面の反対側の面を押す力はつり合っている。
これは同じ面積なので正しい
ウ 大気がB面を押す力の大きさと、Ｃ面を押す力の大きさは同じである。
Ｂ面の面積は ３cm✕５cm＝15ｃｍ²
Ｃ面の面積は ２ｃｍ×５ｃｍ＝10ｃｍ²
力＝圧力×面積より、面積が大きくなるほど大きくなるのでＣ面を押す力が大きい
よって間違い
吸盤が支える力
「実験3] 図3のように,質量 900gのおもりをつるした吸盤を天井に押しつけ、ゆっくりと手を離し吸盤の状態を観察した。吸盤は天井からはなれず,おもりは落ちずにぶら下がった。吸盤と糸の重さは無視できるものとする。
実験3で、整にはたらく大気圧のようすを正しく表しているものはどれか。最も適当なものを次のアーエから1つ選ん で、その記号を書け。
大気圧は面に対して垂直にかかるのでエ
実験3で吸盤にはたらく力を図4に示した。力１と力2は、空気と吸盤および大気と吸盤がふれている面全体にはたらく力を 1本の矢印で表したものである。このとき,力1と力3の合力と 力2がつりあっているものとする。
力2の大きさが 100 N であるとき、力１大きさは何Nか。 ただし、質量 100gの物体にはたらく重力の大きさを1Nとする
力１と力３の合力は力２とつりあっている
力１＋力３＝力２
力３は重力とつりあっているので
力３＝重力
重力＝9Ｎ
力２＝100Ｎ
力１＋９Ｎ＝100Ｎ
力１＝100-9
力１＝91Ｎ
吸盤に関する問題はあちこちで出題されている。
計算ミスを誘う問題（２０２１年京都）動画解説
０がいっぱいあって間違えそうな問題（２０２１年北海道）動画解説
圧力の問題は単位変換
圧力の計算は大きい数字を扱うことが多い。そのときに計算ミスをしないように小数は分数、割り算はぎゅく数のかけ算というのを徹底する。
また物体１００ｇの重さが１Ｎである１ｋｇの重さが１０Ｎというように、質量から重力の大きさにすぐに変換できるようにしておく。
圧力の単位で
Ｎ／ｍ² と Ｎ／ｃｍ²がある。
Ｎ／ｍ² ニュートン毎平方メートルはＰａ（パスカル）に置き換えることができる。
１Ｎ/ｍ²は １ｍ＝100ｃｍだから １ｍ²＝100ｃｍ×100ｃｍ＝10000ｃｍ²
１Ｎ／ｍ²＝１Ｎ／10000cm²＝
大気圧は 1013ｈＰａ（ヘクトパスカル）
ｈ（ヘクト）は１００倍のという意味がある
１０１３ｈ＝1013×100
大気圧は101300Ｐａ＝101300Ｎ／ｍ²＝101300×
＝10Ｎ／ｃｍ²
１㎝²に１０Ｎの力 つまり１０００ｇ、１ｋｇの物体をのせたことになる。
大気圧は空気の重さ（２００９年和歌山）水圧は水の重さ（２０１８年宮崎）
大気をさえぎるものがあった時の大気圧
大気圧について、私は間違った考え方をしていたことに気づいたの。大気 圧って空気の重さによる圧力のことでしょう。そうした ら図2のように、Aさんの場合は,頭の上にある空気 の重さがすべてAさんにかかっているけど、Bさんの場 合は、屋根がその上の空気を支えるから、Bさんにかかる大気圧は小さくなるはずだと考えていたの。でも,実際には、R屋根があってもなくても大気圧の大きさは変わらないんだよね。
高い山では空気がうすい。その分だけ、空気の重さは小さい。だから高い山では大気圧は低い。
菓子袋が膨らむ
空港のロビーでは普通の大きさの菓子袋が飛行機の中で大気圧が小さくなるとふくらむ。
屋根でさえぎると大気圧は小さくなるか
大気圧が空気の重さなら、屋根でさえぎった分だけＢさんの受ける大気圧は小さいはずだが、実際はそんなことはない。
それはなぜだろうか。
気圧はあらゆる方向から同じ大きさで加わる
「理科の世界２年：ｐ２５１ 大日本図書から
とあるので、ＡさんとＢさんは同じ大気圧がかかるのである。
水圧もあらゆる方向からかかる力である。
これが浮力のときと混乱してしまうのである。
浮力は物体にかかる水圧の差によって生じる。
水圧は深くなるほど大きくなるので
図２の深さにある物体をさらに深いところに沈めた時の水圧はどのように表されるか。
物体Ａは図２の下面が上面に来るように沈められている。
図２で下面にかかる水圧は２目盛りなので、深く沈めた時の上面の水圧は２目盛りである。
さらに深くなればなるほど水圧が大きくなり、それは横の面にかかる力も同じである。
そのため、横にかかる水圧は深くなるほど大きくなる。
下面に加わる水圧が一番大きくなる。そうなるとウエのどちらかが正解になる。
深くなるほど、水圧が大きい
浮力は水圧によって生じる
ということだけを覚えている人は深くなるほど浮力は大きくなると思ってしまいがちｂである、
しかし、実際は浮力は上面と下面とでの水圧の差である。
図２で正面の水圧は上面が１目盛り、下面が二目盛りだから、その差で生じる浮力は上向きに一メモリ。
深く沈めても浮力の大きさは変わらない
上麺にかかる水圧が２目盛りだとすると
下面との差は１目盛りなのだから、下面の水圧は３目盛りということになる。
ここで答えはウになるのである。（正答率３１.4％）
２０１４年に出題された宮崎の問題（正答率64.6％）
では、物体の横に加わる水圧の大きさの違いを選ぶだけであった。答えはウ
このパターンの問題は多い
２０２０年熊本
これも横の水圧の比較をしている。
２０２０年香川
このようにこの問題はよく出る問題だが。水圧の大きさと浮力との関係について聞いている２０１８年宮崎の問題はかなりの正答率の低さから
この水圧の問題は形だけ覚えていたのではだめ
水圧の大きさも言えるようにしておく
