直感的理解

シリンダーの中に気体が入っていて、ピストンが自由に動く状況。シリンダーを鉛直に立てる・横に倒す・さかさまに吊るすで、ピストンにかかる重力の向きが変わり、気体の圧力が変化します。

どの向きでも「ピストンの力のつり合い」で圧力が決まる、というのが本質。

✏️ 求めるもの

各向きでの気体の圧力 \(p\)、またはそこから状態方程式で求まる体積・温度。

👀 観察のポイント

🔧 使う道具

ピストンの力のつり合い（向きによって符号が変わる）：
- 気体が下: \(pS = p_0 S + Mg\) → \(p = p_0 + \dfrac{Mg}{S}\)
- 水平: \(pS = p_0 S\) → \(p = p_0\)
- 気体が上: \(pS + Mg = p_0 S\) → \(p = p_0 - \dfrac{Mg}{S}\)
状態方程式：\(pV = nRT\)（気体の量は変わらないので \(p_1 V_1 = p_2 V_2\) も使える）

注意

水平の場合、ピストンの重力は気体の圧力には影響しない（重力は垂直方向、ピストンの運動方向は水平）。ここを「水平だから大気圧＋ピストンの重さ」と考えてしまうのはよくあるミス。向きで圧力が変わる仕組みはピストンの加速度が 0 になる条件（つり合い）から決まる。

💡 ヒント：シリンダーの向きで変わる気体の圧力