Question

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問3についてです。
容器の中の空気の圧力が回答をみると図35-3では下向きに図35-4では上向きになってたりしてる理由を教えてほしいです。

*第35問 次の文章を読み, 下の問い (問1~3)に答えよ。 (配点 12
18分
れ、底面を上にして静かに手を離すと, 図1のように, 円筒中の水面が外部の水
より少し下がった状態で,鉛直に静止した。 外部の大気圧をPo, 水の密度を
一端を閉じた質量M, 断面積Sの円筒を,内部に少し空気が残るように水中に入
力加速度の大きさを」とする。円筒は熱を通さず、円筒の厚さは無視できるもの
する。また,円筒内部の空気は、常に水温と同じ温度であるとし,その質量は
に比べて十分小さく無視できるものとする。
DISO
OST
大気圧 Po
質量 M, 断面積 S
問2 水温を測定したところ15℃であり、円筒内の気柱の高さはだった。その状
態から,水温を43℃まで上げた。 このとき気柱の高さはの何倍になるか。
最も適当な数値を,次の①~⑥のうちから一つ選べ。ただし、外部の大気圧
はPo. 水の密度はpのままであるとし、水の蒸発は考えないものとする。
2 倍
① 0.3 ② 0.9 ③ 1.1
④ 1.5
⑤ 2.2
⑥ 2.9
問3次に,図2のように円筒を鉛直に保ったまま引き上げると,円筒内の水面は
外部の水面からんの高さまで上がった。 このとき,手が円筒を上向きに支えて
いる力の大きさを表す式として正しいものを、下の①~⑥のうちから一つ選べ。
3
p
図 1
Po
h
問1 円筒の内部の空気の圧力を表す式として正しいものを次の①~⑥のうち
から一つ選べ。 1
第2章 熱と気体
①Po-
Mg
S
②Po
Mg
③Pos
④ PS - Mg
図 2
⑤ PS
PS + Mg
3 Mg-pShg
② Mg
① Mg + pShg
④ Mg + pShg + PoS
⑤ Mg + PS
⑥ MgpShg + PS

使ら降
I'
Mg
PS
Mg
図 35-2
問3
3 正解 ①
円筒の内部と外部の水はつながっているから、同じ高
さでの圧力は等しい。円筒外部の水面の位置において,
圧力は大気圧Pに等しいから、図35-3の点Aの圧力は
Pに等しい。また,円筒内部の水面上の点をBとして,
AB間の水にはたらく重力の大きさはpShg である。円
筒内部の空気の圧力をPとして, AB間の水にはたらく
力のつりあいにより,
PS-PS-pShg = 0
図 35-4
第36問 気体分子運動論
問1 1 正解 ③
分子が壁Aに弾性衝突するとき, 分子の
化は,
-mox-mux=2mvx
である。このとき,分子の運動量のy成分と
化しない。 分子の運動量の変化は,分子が
けた力積に等しい。 作用反作用の法則によ
分子から受ける力積は,
I=2mvx
となる。この力積の向きはx軸の正の向きで
:.P=Po-phg
となる。
PS
B
pshg
Po
A
PS
0
Vx
L
im
図36-1
図 35-3
手から円筒にはたらく力の大きさをFとして,円筒に
はたらく力は図35-4のようになる。 円筒にはたらく力
のつりあいにより
FPS-PS-Mg = 0
・F=Mg + (Po-P)S = Mg+pShg
となる。
問2 2 正解 ①
分子が壁Aに衝突する時間間隔は分
一定の速さで距離2Lだけ移動する時間に
2L
である。 4tの時間内に分子が壁Aに
Vx
数は,
At
v₁At
2L
となる。
問3 3 正解 ②
時間⊿tの間に壁Aが分子から受ける力積は