質量とは? わかりやすく解説

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しつ‐りょう〔‐リヤウ〕【質量】

読み方:しつりょう

物体慣性大きさを示す量。または、重力生じさせる原因となる量。相対性理論によれば、質量はエネルギーの一形態であるとされる単位キログラム、その他トン・カラット・匁(もんめ)など。

物の重さ重量。「このカメラの—は約1キロだ」


質量

天体における物質総量

質量

英訳・(英)同義/類義語:mass

慣性尺度となる物質のもつ基本的物理量一つ。mであらわす。
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物理学分野:  太陽光エネルギー  活性化エネルギー  温度  質量  質量数  赤外スペクトル  起動電位

質量

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2024/12/15 10:19 UTC 版)

質量
mass
量記号 m
次元 M
種類 スカラー
SI単位 キログラム (kg)
CGS単位 グラム (g)
MTS単位 トン (t)
FPS単位 ポンド (lb)
MKS重力単位 メトリックスラグ
FPS重力単位 スラグ
プランク単位 プランク質量
原子単位 電子の静止質量 (me)
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質量(しつりょう、: massa: μᾶζα: Masse: mass)とは、物体を構成する不変な物質のを指す語で、物体の動かしにくさの度合いであり、重力源でもある。

概説

質量という概念は、動力学力学の発達と伴って変化している[1]

物理学的にはかつて、動かし難さを指す慣性質量 (inertial mass)[2]と、万有引力による重さの度合いを指す重力質量 (gravitational mass)[3]の二通りの定義が存在したが、現在の物理学では等価とされている(等価原理[注 1]

慣性質量と重力質量の等価性は、重力加速度を定めることで説明できる。物体に働く「重力は”重力質量”と重力加速度の積」であり、また、「重力と”慣性質量”の比」が重力加速度となる。

質量の発生原理としてヒッグス機構が有力視されているが完全には分かっていない。

質量は、日常的には重さとして捉えやすく混同されがちである。物体の重さとは、その物体が受ける「重力の大きさ」である。よって、重力場の異なる場所(例えば地球とで地表の重力加速度は異なる)では、同一質量の物体を用意したとしても、その重さは異なる。

以上は物体の固有な量としての質量についてであるが、金属などの結晶中を運動する電子など、特殊な状況において質量に相当するような量を考える場合があり、通常の質量と区別して有効質量 (effective mass) などと呼ばれる。

質量と重量との区別

計量の分野において、質量は長さ時間と共に極めて重要な「物象の状態の量」[4]物理量をいう計量用語)とされる。日本の計量法第2条第1号の72個の物象の状態の量の列挙では、質量は時間の次の第2番目に掲げられている[5]

しかし日常的には「重量」または「重さ」の語が伝統的に用いられてきており、計量分野や理科教育分野では、この重量(重さ)と質量の違いを峻別することが求められる[6]

重量の2つの意味

重量は質量を示す場合と周囲に及ぼす荷重を示す場合とがある、日常的には区別する必要のない場面も多い。

  1. 質量を意味する場合:この場合は、単に質量の語に置き換えることができる。「物象の状態の量」としては「質量」であり、そのSI単位は、キログラム(kg)である(他にグラムトンなどがある)。
  2. 周囲に及ぼす荷重を意味する場合:この場合の「物象の状態」は力であり、そのSI単位はニュートン(N)である他にkg重など。

法令中の用例

以上の2つの意味があることによって、次の例に見るように日本の法令上の扱いもまちまちである。食品表示基準のように一法令の中に「質量」と(質量の意の)「重量」が混在している場合もある。

  • 不当景品類及び不当表示防止法(景品表示法)に基づく「家庭電気製品製造業における表示に関する公正競争規約」は電化製品のカタログや取扱説明書の記載方法を規制しているが、テレビ・冷蔵庫などの諸元を表示する場合は、例えば「テレビジョン受信機本体の大略質量を「kg又はキログラム」で表示すること。」と規定しており、重量の語を全く用いていない[7]
  • 食品表示法に基づく食品表示基準では、その別表第9の炭水化物と糖質の測定方法では「質量」の語を用いている[8]。しかし、その他の約400箇所においては「重量」の語を用いている[9]。これらは「重量(g)」の語などが示すとおり、その意味は質量である。
  • 日本食品標準成分表の2015年版(七訂版)までは、食品の質量として「重量」の語を用いていたが、教育面での配慮から2020年版(八訂版)では、正しく「質量」の語を用いている。ただし、調理前後の質量の増減を示す数値のみは、2015年版と同様に「重量変化率」としている[10]
  • 理科教育振興法施行令(昭和二十九年政令第三百十一号)は、質量の計量器(つまりのこと)を小中高校の理科教育のための設備として必要なものと指定している[11]

質量の概念

より正確な記述は後述することにして、「質量の概念」や「質量・重量(重さ)の違い」について概略を述べる。

バケツやコップに水を注ぐと、注いだ分だけバケツやコップの重さが増す。このことは、容器を変えても同様であり、水の量(体積)に応じて水の重さが変わることが分かる。また、同じ容器に水ではなく水銀などを入れると、同じ大きさの容器かつ同じ体積であるにもかかわらず、入れた物質によって「重さ」が異なることが分かる。このように、物の重さはその物の種類と量によって異なり、逆に同じ重さであっても異なる種類と量の物を用意することができる。このことから、様々な物体に共通する、物体の重さを支配する量が存在すると期待できる。後述するように、このような役割を果たす物体固有の量が、質量である。

物を支える際に感じる「重さ」以外にも、物を動かしたときにもその物体の「重さ」を感じることができる。台車に荷物を載せて運ぶ際、台車を動かし始めるときや動いている台車を止めるとき、たとえ同じ速さで台車が動いていたとしても(あるいは動いていなかったとしても)、台車に載せた積荷の量によって感じる手応えは異なる。このように、物体の動かし難さとしての「重さ」が存在し、それは物体の種類と量によって異なるため、先ほどの場合と同様に物体がある種の「質量」を持っていると考えられる。

物体を支える際に感じる「重さ」は、その物体を支えるものがなければ物体は落ちていってしまうので、物の落下する性質に関係する。物体が落下しようとする力を重力と呼び、これに関係する質量を重力質量と呼ぶ。重力質量の大きさは天秤を用いて測ることができる。同じ重力質量を持つ物体同士は重さも等しいので、天秤に載せると互いに釣り合う。基準となる物体を用意することで、基準に対するとして重力質量が定まる。

物体を動かす際に感じる「重さ」は、静止している物体は静止し続け、ある速さで運動する物体は同じ速さで運動し続けようとする性質、すなわち物体の慣性に関係する。これに関連する質量を慣性質量と呼ぶ。慣性質量は、たとえばハンマー投げのように物体を円運動させたときに感じる手応えによって知ることができる。慣性質量の異なる物体を同じように円運動させたとき、慣性質量が大きいほど円運動を維持するのに必要な力は大きくなる。

経験的に、慣性質量の大きな物体は重力質量が大きい、つまり「地球の重力で引っ張られて重い」(持ち上げにくい)と感じられる物ほど、「無重力状態でも動かしにくい」ことが知られている。この事実から、慣性質量と重力質量の違いに因われることなく、物体の重さを感じることができる。この慣性質量と重力質量の関係性を直接的に示すものが落体の法則である。落体の法則によれば、自由落下する物体の運動は、物体の重力質量に依らず同じであり、このことから重力質量と慣性質量が等価であることが導かれる。重力質量と慣性質量の等価性から、両者を区別することなく、単に質量と呼ぶことができる。この現象は、基本的には一般相対性理論等価原理によって説明される。

二つの質量

質量の定義説明には慣性質量と重力質量の 2 通りある。

慣性質量

慣性質量inertial massmIニュートンの運動方程式において導入される量である。 物体に作用する F と物体の加速度 a の比例係数として次の様に表される。

外部リンク


質量(衡)

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2022/02/08 17:14 UTC 版)

尺貫法」の記事における「質量(衡)」の解説

質量(度量衡の「衡」)は、現代では貫を基本単位とする。これは明治24年1891年公布度量衡法において、貫は国際キログラム原器の4分の15の質量(すなわち15/4 kg = 3.75 kg)と定められ、旧計量法施行法昭和26年法律208号)においても踏襲された。 江戸時代以前は「両」を基本単位としていた。両替商用いられ分銅は両が基本単位であり、匁は補助的な単位となっている。この分江戸時代通じて後藤四郎兵衛家のみ製作が許されそれ以外のものの製作および使用禁止された。しかしながら丁銀および豆板銀通貨単位量目(質量)の実測値であり、小判通貨としての単位である「両」と区別する意味で「匁」が用いられることになり、一般的に質量の単位としては匁が広く普及した。 匁は、元々中国用いられた名称は「銭」であり、銭貨日本では一文銭一枚の質量を単位したものであった一文銭1000分の質量として定められたのが貫である。貫は通貨単位1000文。江戸時代には一般的に省陌法と称して960文。明治時代には10銭)としても用いられたので、区別のために質量の方は貫目通貨の方は貫文呼んだ。 1貫 = 6.25斤 = 100両 = 1000匁 = 3.75 kg 1斤 = 16両 = 160匁 = 600 g 1両 = 10匁 = 37.5 g 1匁 = 3.75 g キログラムへの換算計量法施行法昭和26年法律208号)に基づく、貫の換算係数に基づくもので、江戸時代はこれよりやや小さい。なお、「両」は、計量法施行法昭和26年法律208号)においては定義されていない基準の質量の分量単位として、体積の単位流用した合(斤の1⁄1060 g)、勺(合の1⁄106 g)が用いられることもあった。 度量衡法における元々の質量の単位基準は、黍の質量であった。 『漢書律暦志』に「権者銖・両・斤・鈞・石也。所以称物平施知軽重也。本起於黄鍾之重。一龠容千二百黍重十二銖。両之為両。二十四銖為両。十六両為斤。三十金為鈞。四鈞為石」との記述があり、これは黍1200粒を12銖(後に「」と略記された)とし、これが2つで1両とするものである。「両」には「二つ」という意味があるこれから24銖が1両、16両が1斤、30斤が1鈞、4鈞が1石となる。 漢の度量衡では嘉量の質量が『漢書律暦志』に「重二鈞」と記載されており、これに基づくと1両は3.8銭(匁)程度であったが、隋代にこれの約3倍の大両呼ばれる制度ができ、唐代になるとその質量が11 %ほど縮小している。中国学者算出した嘉量による単位と、呉承洛の『中国度量衡史』による隋代および唐代単位グラム換算したものを以下に示す。 単位(g)一石一鈞一斤一両一銖嘉量27200 6800.1 226.67 14.167 0.59029 隋代80183 20046 668.19 41.762 1.7401 唐代71618 17905 596.82 37.301 1.5542 質量の単位の銭(匁)は、この系統とは独立して発生したのである。すなわち開元通寳は1024銖すなわち1両をいう基準つくられた。この一枚の質量は1/10両で、これを1銭(匁)とした。ただし鋳造貨幣というものは質量を均一に作成することは困難で、質量の1銭(匁)の基準開元通寳というわけではない。 金貨銀貨鎌倉時代以前発足時はその質量によって価値定められ当初一両の質量の砂金金一であったが、次第に質量と額面乖離するようになり、室町時代には既に京目金一両は4.5匁となり、安土桃山時代京目金一両は4.4匁、田舎金一両は4匁前後へと変化した江戸時代初期慶長小判京目一両基準として量目定められたが、後の貨幣改鋳により含有率や質量の劣る小判発行されるようになり、質量単位通貨単位との乖離はさらに拡大したちなみに、一番新しい五円硬貨は3.75g(一匁)である。

※この「質量(衡)」の解説は、「尺貫法」の解説の一部です。
「質量(衡)」を含む「尺貫法」の記事については、「尺貫法」の概要を参照ください。

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質量

出典:『Wiktionary』 (2021/06/12 12:39 UTC 版)

名詞

しつりょう

  1. 物理学物体の、重力発生させようとする性質強さ重力質量
  2. 物理学物体の、動きにくい性質強さ慣性質量

発音(?)

し↗つ↘りょー
語義3はまた)し↗つりょ↘ー

用法

語義3は、「質量」+「ともに」という表現用いられることが多い。

関連語

語義1および2

翻訳

語義1および2


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