このページは、Mr.Taka による中学校理科の授業記録 物理学 です。

国際単位系
SI

単位系とは、互いに関連しあった単位の集まりです。


SI

 日常生活では、便利さを優先していろいろな単位を工夫して使っています。圧力に関して例をあげると、病院で測定する血圧は(mmHg)ミリメートル水銀柱、天気予報に使う大気圧は(hPa)ヘクトパスカル、スキューバダイビングの時計に表示してある水圧は(気圧)気圧を使います。しかも、日常生活では単位を正確に意識することがほとんどありません。速さに関して例をあげると、新幹線の最高スピードは240キロ、台風9号の瞬間最大風速は35メートルと言いますが、前者は240キロメートル/時、後者は35メートル/秒が正しい表現です。

 私は普段の生活では便利な表現を使うことに賛成しますが、乱れた単位しか知らないようでは非科学的な生活しかできないと思います。ある系統的な単位の集まり(単位系)によって、すべての物理現象が説明できることを知ることは、中学校物理での重要な課題の1つであり、目からウロコが落ちる新鮮な発見です。

 具体的には、7つの基本単位をもつ国際単位系(SI)にしたがって学習をすすめましょう。表1を見て下さい。ここには学会で制定された4つの単位系が歴史の古い順に並んでいます。1881年に制定されたCGS単位系に始まり、今は1961年頃に制定されたつ国際単位系(SI)によって単位が統一されていることを示しました。中学校の物理分野は、できるだけSIしたがって学習できるように努力しましょう。

表1 主な単位系の歴史

名 称
提案・制定された年

基本単位

備 考

国際単位系(SI
1960年
1 長 さ(m) メートル
2 質 量(kg) キログラム
3 時 間(s) 
4 電 流(A) アンペア
5 温 度(K) ケルビン
6 光 度(cd) カルデラ
7 物質量(mol) モル
組立単位(下表)を参照して下さい

1995年補助単位廃止

MKSA単位系
制定された年
長さ()、質量(g)、時間()、電流( MKS単位系に電流(A)を追加したもの

MKS単位系
1901年
長さ()、質量(g)、時間(

省 略

CGS単位系
1881年
長さ(m)、質量()、時間(

省 略


SI

 ここで、もう少しSIについて説明します。SIには7つの基本単位があります。基本的には、これら7つの単位によって全ての物理量が表現できます。例えば、速さは基本単位ではありませんが、長さと時間によって表されます。

速さ=長さ/時間

 「そんなこと。当たり前!」、と笑われそうですが、私はとても不思議な感じがします。速さは独自の単位を持っていないのですよ。常に2者(距離と時間)の関係でしかありえないなんて、本当に不思議です。これと同じように、その他の物理量も全て7つの基本単位によって表わすことができす。このSIによって統一された単位を、中学卒業するまで一貫して指導して下さい。それほど難しい問題ではありません。先生が意識していれば絶対にできます。生徒も単位を意識しながら物事を考えるようになります。


SI

 次に、表2を見て下さい。ここには7つの基本単位を補助するための単位(組立単位、誘導単位)を紹介しました。補助するための単位とは、その文字通り表現し難いことががあるときに、基本単位を補助するための単位です。例えば、時間の基本単位は(s)ですが、場合によって(d)、(h)、(min)を使っても良いことになっています。このような補助単位は、この表に示したものの他にもありますが、中学校で学習するにはこれで十分でしょう。

国際単位系(SI)= 7つの基本単位+ いくつかの補助するための単位

表2 SIの基本単位と補助するための単位(組立単位、誘導単位)

基本単位

主な補助するための単位
1 長 さ(m) メートル
2 質 量(kg) キログラム
3 時 間(s) 
4 電 流(A) アンペア
5 温 度(K) ケルビン
6 光 度(cd) カルデラ
7 物質量(mol) モル
1 時 間(d)、(h)、(min)
2 角 度(°)、(′)、(″)
3 温 度(度C) 度(セルシウス)
4 電 圧(V) ボルト
5 電気抵抗(Ω) オーム
6 体 積(l) リットル
7 振動数(Hz) ヘルツ
8 力(N) ニュートン
9 仕 事(J) ジュール
※ その他、いろいろあります


SI

 最後に、7つの基本単位の接頭語を紹介します(表3)。これらは日常生活でもよく使われるので、感覚的に捉えられるまでくり返し学習して下さい。例えば、みなさんに質問をしてみましょう。「ビタミンC1000mgとビタミンC500gを比較した場合、どちらが多いですか?」 答えは、後者の方が500倍多いです。前者は1gですからね。このように、全ての単位は表3のような接頭語、(m)ミリ、(G)ギガなどをつけることで桁を換えることができます。ミリは1/1000倍、ギガは10億倍を表す語です。表3のように、3桁ごとに特別な名前を持った接頭語が決めれていますが、100倍(ヘクト)、10倍(デカ)、1/10倍(デシ)、1/100倍(センチ)もあります。

1g= 1000mg= 0.001kg

表3 基本単位の接頭語

1000000000000000000000000 (Y) ヨタ
1000000000000000000000 (Z) ゼタ
1000000000000000000 (E) エクサ
1000000000000000 (P) ペタ
1000000000000 (T) テラ
1000000000 (G) ギガ
1000000 (M) メガ
1000 () キロ
100 (h) ヘクト
10 (da) デカ
1 接頭語なし
1/10 (d) デシ
1/100 (c) センチ
1/1000 () ミリ
1/1000000 (μ) マイクロ
1/1000000000 (n) ナノ
1/1000000000000 (p) ピコ
1/1000000000000000 (f) フェムト
1/1000000000000000000 (a) アト
1/1000000000000000000000 (z) ゼプト
1/1000000000000000000000000 (y) ヨクト


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