5 ギガパスカルからパスカルへの換算

ギガパスカル（GPa）について

ギガパスカル は、10 億 パスカル にあたる圧力の単位で、GPa と書きます。1000 メガパスカル、1 万 バール です。材料科学が強さではなく剛性を示す単位であり、惑星の内部と高圧の実験室の圧力を言い表す単位でもあります。

おもな使い道は弾性率です。鋼の ヤング 率は およそ 200 ギガパスカル、銅は 117、アルミニウム は 70、ふつうの ガラス は 70、コンクリート は 30 前後、木材は 繊維 方向で 10 から 15、ゴム は 1 の 10 分の 1 にも達しません。これらの数は、材料がいつ壊れるかではなく、荷重のもとでどれだけ伸びるかを表します。同じ強さの鋼の 梁 が アルミニウム の 梁 より たわみ が小さい理由も、ここにあります。

ふつうの尺度の頂点を占めるのは ダイヤモンド です。その弾性率 およそ 1200 ギガパスカル は天然の材料として最高であり、だからこそ高圧の実験の 金床 に用いられます。ほかのどんな材料も、それだけ強く押す前に自分が変形してしまうのです。人造 ダイヤモンド は およそ 5 ギガパスカル と高温のもとで工業的につくられます。その圧力を保つためだけに建てられた 圧搾機 のなかでの仕事です。

地球の内部も同じ単位で語られます。地殻の底での圧力は およそ 1 ギガパスカル、マントル と 核 の境ではおよそ 136、惑星の中心ではおよそ 360 ギガパスカル です。実験室の ダイヤモンド アンビル セル は、いまや中心の値に達し、これを超えます。おかげで、惑星の内部条件のもとでの鉄と ケイ酸塩 のふるまいを、推し量るのではなく直に調べられるようになりました。

対比のために言えば、海の最深部が及ぼす圧力はわずか およそ 0.11 ギガパスカル です。この比べ方は覚えておく値打ちがあります。地質の圧力が、水にまつわるどんなものよりどれほど大きいかを示すからです。マリアナ 海溝の底は、地球の中心の圧力の 1000 分の 1 にすぎません。

ギガパスカル の下では メガパスカル が強さを言い表し、上には恒星の物理と理論のほかにはほとんど何もありません。テラパスカル が現れるのは、おもに 炭素 ナノチューブ の弾性率と、巨大惑星の内部です。ですから ギガパスカル は、実験室と技術者が働く範囲の、事実上の 天井 なのです。

1 ギガパスカル は、10 億 パスカル、1000 メガパスカル、1 万 バール、あるいは およそ 14 万 5000 ポンド 毎 平方 インチ に等しくなります。

パスカル（Pa）について

パスカル は、国際単位系における圧力の単位で、Pa と書きます。1 平方 メートル に広がった 1 ニュートン の力として定められており、名は ブレーズ・パスカル に由来します。1640 年代の 気圧計 による実験で、空気に重さがあること、そしてその圧力が高度とともに下がることを示した人です。国際度量衡総会は 1971 年にこの名を採り入れました。

これは驚くほど小さな単位です。海面での大気圧は 10 万 1325 パスカル ですから、誰もがそのもとで暮らしている圧力は 6 桁の数になります。そのため、この単位の実務上の使い方はほぼすべて 接頭語 を伴います。この扱いにくさは設計の失敗ではなく、一貫性 の帰結です。ニュートン と 平方 メートル が先に定まっており、パスカル は一方を他方で割って出てくるものにすぎないのです。

裸の パスカル が自然に響く分野は音響です。デシベル の目盛りの基準となる圧力は 20 マイクロパスカル で、健康な若い耳が聞き取れるもっとも小さな音として定められています。ふつうの会話の音圧はおよそ 0.02 パスカル です。痛みを感じる境目は 63 パスカル 近くですから、人の聴覚の全域は、この単位でおよそ 6 桁にわたります。

身のまわりの物が尺度の感覚を与えてくれます。事務用紙 1 枚を平らに置くと、机をおよそ 0.8 パスカル で押します。そよ風が壁に及ぼすのは数 パスカル、建物の換気を動かす圧力差はふつう 10 から 50 パスカル です。人が力として感じ取れるものは、すでに数千 パスカル の領域にあります。

実際の仕事をこなすのは 接頭語 のついた形です。気象は ヘクトパスカル を使い、これは古い ミリバール と数値がまったく同じですから、予報で 1013 という値を読むのに学び直しは要りませんでした。工学は タイヤ や流体の圧力に キロパスカル を使い、材料科学は強度と剛性に メガパスカル と ギガパスカル を使います。1 メガパスカル は 1 平方 ミリメートル あたり 1 ニュートン です。

パスカル は、圧力ではなく応力を指す場面にも現れます。二つは同じ次元をもつからです。ヤング 率も、降伏強さも、せん断応力も、いずれも パスカル かその 倍量 で示されます。ひとつの単位が タイヤ の空気圧と鋼の硬さの両方をおおうのは、そのためです。

1 パスカル は、1 平方 メートル あたり 1 ニュートン、0.01 ミリバール、およそ 0.0000099 気圧、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。