Home参考書・辞典・資格・語学連載コラム親子のギモンを解決! 編集部によくくる質問第3回 1ニュートンって何キログラム? 【理科】

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小学生中学生

親子のギモンを解決! 編集部によくくる質問

第3回 

[2009年06月17日 公開]

1ニュートンって何キログラム? 【理科】

ニュートンという単位は、2002年度(平成14年度)から中学の教科書に登場してきたものです(それ以前は、高校物理で初めて出てきた単位です)。
この単位が義務教育で使われるようになったのは比較的最近で、あまりなじみがないためか、「1N [ニュートン]は何kg [キログラム]?」と、親御さんからご質問が寄せられることがあります。しかしNは「重さ」、kgは「質量」の単位ですので、「1N=○kg」と換算することはできません。

「質量」と「重さ」は何が違う?

「単位 N」についてお話しする前に、まず「質量」と「重さ」の違いをはっきりさせておきましょう。

みなさんの目の前にあるパソコンの重さはどのくらいですか? ノートパソコンならば3kgくらいでしょうか。
今、「重さが3kg」という言い方をしましたが、実は理科の言葉では正確ではありません。
「3kg」という量は「質量」といい、「重さ」とは区別します。

質量の単位は、kg、g、mgなどです。
ちなみに質量の基準は、フランスにある「国際キログラム原器」というものです。このキログラム原器と物体をてんびんで比較したとき、左右がつり合えば、その物体の質量は1kgである、というわけです。

さて今度は、質量3kgのパソコンを持ちあげてみます。ずしりと手ごたえを感じますね。それはこのパソコンに、重力がはたらいているからです。地球がパソコンを引っぱっている、といいかえることもできます。この地球が引っぱる力の大きさを「重さ」というのです。「重さ」とは、「重力」なのです。
この力を表す単位がN [ニュートン]です。

私たちは、日常的には「重さ3kg」のように、「質量」の意味で「重さ」という言葉を使っていますが、質量と重さは、理科の世界ではこのように違うものなのです。

「kg重」は使わなくなったの?

力の単位は、かつては、kg重[キログラムじゅう]という単位が使われていました(kgf、kgwも同じ)。こちらの単位で習ったという方も多いと思います。
kg重は、質量1kgの物体にはたらく地球の重力の大きさを基準としたものです。この単位は、質量と重さの値が同じになるので便利そうです。

しかし質量1kgの重さが、常にどこでも1kg重かというと、そうではないのです。

国際宇宙ステーションやスペースシャトルの中で、人やものがふわふわただよっている様子を見たことがあるでしょう。いわゆる無重力状態です。無重力状態では、物体にはたらく重力は見かけ上ゼロ、つまり「重さ」は0になります。

また、「月では体が軽くなる」とか、「月での重さは6分の1になる」などということを聞いたことがあるでしょう。月と地球では、重力(加速度)の大きさが異なりますので、地球上とは重さが違うのです。
このように、重さははかる場所によって変化する量なのです。

宇宙や月だけでなく、実は地球上でも場所によって重さは変わります。
例えば、緯度45度の海面上では、質量1kgの物体の重さは1kg重です。しかしこれを赤道上へ持っていくと、重さは997g重となり、3g重ほど軽くなるのです。高度によっても重さは変わります。高いところにあるほど、軽くなってしまいます。地球上でも、kgとkg重の値は、厳密には一致しないのです。

このように混乱しやすい「kg重」より、単純な定義を元にした「N」は、ほかの量を計算するときにも便利な単位であり、世界共通で使われている単位系(国際単位系といいます)でも、力の単位はNが採用されています。そのため、日本でもNを使うことになったのです。

重さを単位N [ニュートン] で表してみよう

重さをNで表すには、質量に、重力加速度9.8m/s² [メートル毎秒毎秒] をかけ算します。

重さ (N)=質量 (kg)×9.8 (m/s²)

※重力加速度は場所によって変わります。その場所の重力加速度を使えば、その場所での重さを簡単に計算することができます。
例えば、月では1.6m/s² 、火星では3.7m/s² くらいです。理科年表に載っています。
重力加速度についてくわしくは、高校の物理で学習します。

この式を使うと、地球上で質量1kgの物体の重さは、
1 (kg)×9.8 (m/s²)=9.8 (N)
となります。

つまり、1kg重=9.8N です。

これを逆算すれば、1N= (1÷9.8) kg重=0.102 (kg重)
となるので、1Nは102gの物体にはたらく重力とわかります。

中学では、これを簡単にして、次のように定義します。

「1Nは約100gの物体にはたらく重力の大きさ」

中学までは、これだけ覚えればよいのです。Nの値を2けたふやして「g」をつける、と覚えるとよいでしょう。

1Nは約100gの物体にはたらく重力の大きさ

 

例)
質量600gの物体は、地球上での重さは6Nです。
この物体を月に持っていくと、質量は600gのままですが、重さは地球の6分の1になりますので、1Nとなります。

今では、公的な文書にはNを使うことが義務づけられています。今後この単位を目にする機会も多くなってくると思いますので、少しずつ慣れていくとよいでしょう。

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