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質量と重さの違い

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高校物理では、「質量」という言葉がとてもよく出てきます。

一方、日常生活では、質量よりも「重さ」という言葉をよく使ってきたのではないでしょうか。

これらは似ているようで全くの別物で、よく混同されやすいものです。

高校の範囲というわけではありませんが、「質量」と「重さ」の違いについて、今一度おさらいをしておきましょう。

質量について

質量とは、物体そのものがもっている量で、単位は[kg]、[g]などを使います。

物体そのものの量なので、場所によって変わることはありません。

例えば地上で質量60[kg]の人がいたとすると、その人が宇宙空間に行っても、質量は60[kg]のままです。

重さについて

一方、重さとは、物体にはたらく重力の大きさのことで、単位は[N]です。

よく物理の問題で、物体にはたらく重力を\(mg\)と表しますが、これがまさに「重さ」です。

\(m\)は物理の質量、\(g\)は重力加速度なので、重さは質量に重力加速度をかけたものと言えます。

重さは質量と違い、場所によって変化します。

例えば、地上で重さ98[N]の人がいたとすると、その人が宇宙空間に行った場合、重力加速度の影響を受けないので、重さは軽くなります。

重力加速度を9.8\([m/s^2]\)として(重さ)=(質量)×(重力加速度)の式に代入してみると、

\(98\)=(質量)×\(9.8\)

(質量)=\(\Large\frac{98}{9.8}\)=\(10[kg]\)

宇宙空間ではこれだけの重さ、というか無重力である宇宙空間では、重さという概念がありません。

このため、物体そのものの量である「質量」しか残らず、

地上で重さ98[N]の人の質量は10[kg]

ということになります。

体重がkgなのはなぜ?

「地球上にいると重力がはたらくから、体の重さが質量の単位(kg)なのはおかしい」と思うかもしれません。

しかしそもそも体重とは、「動物の固体の質量」のことです。

つまり、体重計は質量を計っているので、単位はkgであっています。

私たちが体重計に乗ると、確かに「重さ」が体重計にかかりますが、体重計はその重さを質量に換算して表示させているだけなのです。

ばねばかりと上皿天秤

理科の実験でも使った「ばねばかり」と「上皿天秤」も、質量や重さを考える上で役に立ちます。

ばねばかりは、物体をばねの下に吊り下げて重さを計るので、まさに重力に影響されます。

このため、同じ物体を地上で計るのと宇宙空間で計るのとでは、数値が違ってきます。

また、上皿天秤はかねてより物体の質量を計る目的で使われており、片方の皿に計りたい物体を、もう片方の皿におもり(分銅)を乗せます。

そして、ちょうどつり合いが取れた時に乗せていたおもりの合計が、その物体の質量です。

なお、地上で計る場合は、左右の皿それぞれに乗せた物に重力加速度が生じていますが、宇宙空間ではどちらも生じていません。

つまり、重力加速度が生じるか生じないかは左右の皿で同じなので、地上で60キロのおもりとつり合った人は、宇宙空間でも60キロのおもりとつり合うのです。







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