物理物理学・力学理科

簡単でわかりやすい「重量」と「質量」の違い!運動方程式も理系ライターが詳しく解説

俺たちはいつも「体重」を抱えて生活しているが、ふとした瞬間に重さを感じなくなるときがある。プールに入った時とか。ふわふわ軽くなったように感じる。

自分の身体の「質量」は変わっていないから、また陸に上がったら元通りの「重量」に戻る。う、うん?「質量」と「重量」どう違う?混同するよな。実は両者は全くの別物。この記事では、「質量」と「重量」のニュアンスの違いをはっきりさせるぞ。

ライター/R175

理科教員を目指す理系ライター。エンジニアの経験を活かし、物理現象を身近なモノに結び付け分かりやすく解説する。

1.無重力空間では皆体重0kg

image by iStockphoto

重量(または重さ)、質量、ほぼ同じ意味で使っていませんか?

・この机の重量は1kg。
・分銅の質量は10g。

単位も同じですし、要はどちらも重さだし、ぶっちゃけどこが違うんだという感じですね。上記はどちらも正しい表現です。しかし、実際には「微妙に」どころか「全く」ニュアンスが異なります。

例えば、体重60kgのAさんが無重力空間に行ったとしましょう。無重力ですから、そこでAさんの体重を測定しても当然「0kg」と出るでしょう。でも、重さが0kgになったからと言ってAさんの体がなくなってしまったわけではないですよね?

このような場合、質量と重量を区別する意味が出てきます。Aさんの体の「質量」は60kgだけれど、「重量」は0kg

当たり前のように重力が働いてる地球では、「質量」も「重量」もほぼ同じ意味で使えますが、重力がゼロになる場所だと両者を区別する必要が出てきます。

2.重力と運動方程式

ここでは、重力について運動方程式を絡めながら解説します。なぜ運動方程式が出てくるのか。それは「質量」の概念をちゃんと理解するため。重力を運動方程式に当てはめて考えれば、「重量」と「質量」が別物なんだと納得できます。

2-1.運動方程式を端的に言うと

2-1.運動方程式を端的に言うと

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ニュートンの運動方程式。「またややこしいものを..」と思われるかもしれませんが、心配ありません。

端的に言うと「どれくらい力を加えたら、どれくらい動きが変化するか」を式で表しているだけ。

教科書では、「力=質量x加速度です。F=ma。」と難しそうに説明していますが、そんなことはありません。質量や加速度は以下のように言い換えてみてください。

質量:物の動かしにくさ(分かりにくい場合は一旦、地球上での重さと捉えましょう)。
加速度:どれくらいブレーキorアクセルか。どれくらい物体の動きが変わるか。

よわい力で押しても物体の加速は小さいけれど、大きな力で押すすると、物体はすさまじく加速。イラストのようなイメージですね。それを式で示しているのです。

ところで、質量が2倍になったら、同じだけ加速するのに2倍の力が必要ということ。質量はまさに動かしにくさの指標ですね。重力も「力」の1種なので、上記のような関係式が当てはまります。

2-2.重力の運動方程式

2-2.重力の運動方程式

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さて、重力も運動方程式に当てはめてみましょう。

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