『圧力(あつりょく)』という言葉は、物理だけでなく日常生活でも使われていますね。
「次のテストは20点アップしろってプレッシャー(＝圧力)かけられたー」なんて言っていませんか？
こういう発言を聞くと、『圧力』も力の一種かな？と思ってしまいますね。
でも、物理学的には『圧力』は重力(じゅうりょく)や弾性力(だんせいりょく)のような力そのものではありませんよ。
『圧力』とは、1 m2あたりにかかる力(力の種類は何でも良い)のことなんです。
なぜこんな定義が生まれたのでしょう？
そして、空気から受ける圧力は『大気圧(たいきあつ)』、水の重さによって生じる圧力は『水圧(すいあつ)』と呼ばれているんですよ。
では、『圧力』『大気圧』『水圧』について見ていきましょう。
これまでは『物体の運動』について学んできましたが、ここからは、運動のもととなる『力』について学んでいきましょう！
さて、そもそも『力』って何なのでしょうか？
物理学なので、筋力や能力じゃないな・・・ということは分かりますね。
例えば、ばねに力を加えると、ビヨーンと伸び縮みします。
止まっている台車を力をこめて押すと、ゴロゴロ動きだしたり向きが変わりますよ。
このように、力が物体に働くと、物体が変形したり動き出したりしますね。
つまり、力は世の中の全ての物体に関係しているんです。
なので、色々な現象が起こる原因を探るために、色々な力の働きを考えるわけですね。
物理学は、『力』について考える学問でもあるんですよ。
で、この先は公式の丸暗記が通用しません！
物体にどんな力がどのように働いているか自分で見つけて考えないと、公式の使いようがないんですよ。
では、力とは何か、力の単位、力の表し方の順にお話していきますね。
物理では、物体の色々な運動の法則を学びますよね。
そして、一番シンプルな運動が『等速直線運動(とうそくちょくせんうんどう)』です。
これは、「物体がずーっと一定の速度で直線上を進む運動」でしたね。
でも、現実では、「物体がずーっと一定の速度で運動」することはなかなかありません。
例えば、私たちは買い物に行く途中でゆっくり歩いたり、止まったり、小走りになったり、速度はコロコロ変わりますよね。
自動車だって、アクセルを踏めば速度が増すし、ブレーキを踏めば減速しますよ。
つまり、現実の物体の運動を正確に表すには、物体の速度の変化を考える必要が出てくるわけですね。
そこで、昔の科学者たちは、物体の速度の変化を数量的に表す方法を考え出しました。
それが、『加速度(かそくど)』なんですね。
『放射線(ほうしゃせん)』や『放射能(ほうしゃのう)』という言葉、一度は聞いたことがありますよね。
放射線って、一体どんなものなんでしょう？
目に見えないので、よく分かりませんね。
自然界には、昔から色々な放射線があったのです。
でも、人間が放射線の存在を知ったのは1890年代のこと。
ドイツの物理学者レントゲンが放射線の1種であるX(エックス)線を発見して、第1回ノーベル物理学賞(1901年)を受賞しました。
健康診断のレントゲンでおなじみですね。
それから、フランスの物理学者ベクレルがウラン鉱石から出ている放射線を発見し、キュリー夫妻がラジウムとポロニウムから放射線が出ていることを発見しました。
その後も大勢の科学者が放射線の研究を続けて、様々な測定や検査、治療などに応用されるようになったわけです。
ところで、『放射線』と『放射能』という言葉の区別はついていますか？
これから、『放射線』の種類や『放射能』との違いなどを詳しく見ていきましょう。
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車や電車のスピードを表すとき、速さという言葉をよく使いませんか？
「新幹線の速さは最高で時速300kmらしいよ」
「うん、最高速度は時速320kmなんだって」
なんて、よく耳にする会話ですね。
おや、先ほどの会話でちょっと引っかかるところがありますね。
『速さ』と『速度』という2つの言葉が出てきましたよ。
でも、新幹線の速さという同じ意味で使っているようです。
同じ意味なら、どうして違う2つの言葉があるのでしょうか？
不思議ですよね。
日常会話ではごちゃ混ぜで使われていますが、物理学的にはきっちり区別して使われているんですよ。
そこには、ちゃんと理由があります。
では、『速さ』と『速度』の物理学的な意味を見ていきましょう。
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身の周りには、たくさんの単位が使われていますよね。
長さであればm(メートル)やkm(キロメートル)など、質量であればg(グラム)やkg(キログラム)などが思い浮かぶのではありませんか？
ものの長さや質量などを表すときには、「2.5 kg」のように数値と単位を組み合わせていますね。
このように数値と単位を組み合わせて表される量を『物理量』と言います。
例えば、質量を表す「2.5 kg」。
2.5は単なる数値で、単位のkgは「1kgの質量そのもの」を示す単位ですね。
これらを組み合わせると、2.5 kgは「1 kgの質量そのもの」の2.5倍の質量という意味の物理量になっています。
次に、長さを表す2.0 mは2.0×mということですよね。
mは「1 mの長さそのもの」の単位ですから、2.0 mは「1 mの長さそのもの」の2.0倍の長さという意味の物理量になるのです。
世界中の長さの単位は、色々なものが使われていますね。
でも、科学の世界では世界共通の単位がないと困るのです。
そこで、世界的な基準である国際単位系(International System of Units、略称：SI)が使われていますよ。
このSIには、
という2種類があるのです。
では、SI基本単位とSI組立単位の一覧を見ていきましょう。
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夏の暑～い日、海に行って泳ぎたくなりますね。
さあ海に入ろう！と砂浜を歩き始めると、
「うわ、足の裏が熱い！」
と走って海に飛び込みます。
「あれ、海は砂浜みたいに熱くなくて気持ちいいな」
不思議だと思いませんか？
砂浜も海も同じように日差しを受けていたのに、
砂浜は熱く、海はぬるくて気持ちいいなんて。
次は、金属製のお鍋に水を入れて火にかけてみましょう。
お鍋はすぐに触れないくらい熱くなるのに、水が温まるには時間がかかりますね。
みなさん、体感的に知っているはずです。
物には、温まりやすいものとそうでないものがあります。
物によって温まりやすさが違うのですね。
「物の温まりやすさを数値化したら、物同士の特徴を比べられて便利だろうな」
と昔の科学者たちは考えました。
そこで、『熱容量(ねつようりょう)』と『比熱(ひねつ)』という量を使って、物の温まりやすさを数値的に表すことにしました。
…といきなり言われても、なかなかピンときませんよね。
「熱容量と比熱って何で2種類あるんだろう？物の温まりやすさだから、『熱』が関係するのは分かるけど…」と思いませんか？
では、『熱』ってそもそも何だっけ？という基本的なところから、『熱容量』と『比熱』についてひも解いていきましょう。
「今日の最高気温は30℃だって！暑いねー！」
こんな感じで私たちが毎日使っている「温度」とは、セルシウス(セ氏)温度のことです。
[℃]という単位で表されている温度ですね。
簡単に言うと、水が凍る温度から沸騰する温度までを100等分して、その1つ分を1 ℃と決めたわけです。
「水が凍る温度を0 ℃にして水が沸騰する温度を100 ℃にしよう！」と、昔の科学者たちが決めたのですね。
ただ、気圧が上下すると水が凍ったり沸騰したりする温度が変わってしまいます。
富士山の山頂では、100 ℃より低い温度で水が沸騰するって聞いたことありませんか？
地上より気圧が下がる山頂では、水の沸騰温度は100 ℃より低くなってしまうのです。
こういうわけで、ちょっとややこしいのですが、
「私たちが普段生活している海抜0 mでの気圧(1気圧)を基準にしますよ！」
ということも決められました。
物理的な感じで言うと、セルシウス温度は、
「1気圧のもとで氷がとける温度(融点)を0 ℃、水が沸騰する温度(沸点)を100 ℃とし、その間を100等分して1 ℃と決めた温度」です。
日常生活で使うために決められた温度なのです。
スウェーデンの物理学者アンデルス・セルシウスにちなんで名づけられました。
でも、科学を勉強していると、『絶対温度(ぜったいおんど)』という新しい温度が出てきますね。
セルシウス温度とは、一体何が違うのでしょう？
Dr.あゆみです。
物理が大好きで、大学で物理学を専攻し、博士(理学)の学位を持っています。
塾講師のアルバイトを5年間経験し、物理や数学を教えていたこともありますよ。
物理の楽しさを伝えたいなと思い、「高校レベルの物理をビジュアルでわかりやすく」解説したブログを作りました。
・物理現象のイメージ
・物理の基本原理
・問題を解くときの考え方
を丁寧に伝えていきますね。
今、物理が分からなくて困っているあなたも、もう一度物理を勉強し直したいあなたも、きっと物理が好きになりますよ。
あなたのお役に立ちますように。
