2 テラパスカルからニュートン毎平方メートルへの換算

テラパスカル（TPa）について

テラパスカル は、1000 ギガパスカル にあたる圧力の単位で、TPa と書きます。1000 万 バール です。技術者が造るもので、この圧力のもとで働くものはありません。この単位はむしろ、科学のまるで違う二つの片隅に属しています。知られているかぎりもっとも硬い材料の剛性と、大きな惑星の内部です。

この単位を地図のうえに載せたのは 炭素 の ナノ 構造です。単層の 炭素 ナノチューブ の ヤング 率は 1 テラパスカル に近く、グラフェン の 1 枚も同じで、重さに対しては、これまでに測られたなかでもっとも硬い材料になります。長らく基準だった ダイヤモンド は 1.2 テラパスカル です。この三つの数値こそ、材料科学にこの単位が姿を見せる理由のすべてです。

この水準の剛性は、強さと同じものではありません。ナノチューブ は引き伸ばされることに ものすごく 抗いますが、それを大量に束ねた実際の 繊維 は、はるかに低い応力で壊れます。管どうしが たがいに 滑ってしまうからです。1 テラパスカル の弾性率を 1 テラパスカル の破断強度と取り違えることは、これらの材料をめぐる一般向けの説明でもっともよくある誤りのひとつです。

惑星の内部は、本物の テラパスカル の圧力に達します。木星の中心は 3 から 4 テラパスカル と見積もられ、より大きな ガス 惑星の 核 はそれを超えます。そうした条件のもとで水素は金属のようにふるまい、それこそが惑星の磁場を生みます。つまりこの単位は、構造物にかかる荷重ではなく、物質の状態を言い表しているのです。

実験室も、いまでは短いあいだならここに届きます。レーザー による衝撃圧縮と パルス 磁場の手法は、試料を数 ナノ秒 のあいだ テラパスカル の帯へ押し上げます。その材料の密度と構造がどう応じるかを記録するには、それで十分な長さです。巨大惑星の内部条件のもとの物質について直に得られる証拠は、これらの実験だけです。

尺度を言えば、1 テラパスカル は大気圧の 1000 万倍であり、地球の中心の圧力のおよそ 3 倍です。この数はもはや人が感じ取れるものではなくなり、化学のありようが変わるほど近くまで押し合わされたとき原子が何をするかの記述になります。

1 テラパスカル は、1 兆 パスカル、1000 ギガパスカル、1000 万 バール、あるいは およそ 1 億 4500 万 ポンド 毎 平方 インチ に等しくなります。

ニュートン毎平方メートル（N/m²）について

1 平方 メートル あたりの ニュートン は、1 パスカル にあたる圧力の単位です。記号は N/m² です。二つはただ同等なのではなく同一です。パスカル とは、この組み合わせに与えられた名にほかならず、国際度量衡総会が 1971 年にその名を採るまで、国際単位系の圧力の単位には名前がなく、そのまま書き下されていました。

二つの形が生き残っているのは、紙のうえで違う仕事をするからです。パスカル は短く、それ自体ひとつの単位として読めます。測定の結果にはこちらが向いています。1 平方 メートル あたりの ニュートン は次元を見せます。計算にはこちらが向いています。平方 メートル の面積を掛ければ ニュートン の力になる、ということが目に見えるからです。

構造設計は、この第二の性質に絶えず頼っています。積載荷重は 1 平方 メートル あたりの キロニュートン で定められ、住宅ならおよそ 1.5、事務所なら 3、人の集まる場所なら 5 です。その数値に床面積を掛ければ、梁 が受け持つべき荷重が キロニュートン でそのまま出てきます。キロパスカル と書いても同じ数値で正しいのですが、この一手が見えなくなってしまいます。

雪と風も同じ約束に従います。積雪の荷重は 1 平方 メートル あたりの キロニュートン で示され、穏やかな気候の 0.1 台から、山地の数 キロニュートン まで幅があります。外壁にかかる風圧も同じです。これらの荷重は、もともと力である自重と足し合わされますから、すべてを ニュートン のまま保っておけば、何ひとつ換算せずに済みます。

同じ組み立ては、接頭語 ひとつ下でも繰り返されます。1 平方 ミリメートル あたりの ニュートン はちょうど 1 メガパスカル であり、だからこそ材料の強度は、図面のうえで MPa と同じくらいよく N/mm² と書かれます。この型は見分けておく値打ちがあります。文書が圧力の単位を名指すかわりに力を面積で割った形を書くとき、それは書き手が読み手に掛け算を期待しているしるしなのです。

それ以外に二つの形を分けるものはありません。1 平方 メートル あたりの ニュートン で表したどんな値も、そのまま パスカル として書けますし、どの換算表もこの二つを ひとつ の項目として扱います。どちらを選ぶかは、その数がこれから何に使われるかの問題です。

1 平方 メートル あたり 1 ニュートン は、1 パスカル、0.01 ミリバール、0.00001 バール、あるいは およそ 0.000145 ポンド 毎 平方 インチ に等しくなります。