物理量
物理量(ぶつりりょう、英: physical quantity)とは、
「物理学における一定の理論体系の下で次元が確定し、定められた単位の倍数として表すことができる量」。日本の計量の根本を定めている計量法においては、「物象の状態の量」の一部である。
物理量は、 工業量(「複数の物理的性質に関係する量で、測定方法によって定義されている工業的に有用な量。硬さ、表面粗さなど」と定義される量)および感覚量(または心理物理量)と対比されることがある。
物理現象を述べるときに出てくる量。現象や物質の一つの測定できる属性。
物理量の大きさ(質量の大きさ、距離の大きさ、力の大きさ等)のことを単に物理量(質量、距離、力、等)ということも多い。特に等式や不等式の中の物理量記号は必ずその大きさも意味している。物理量の値(質量の値、距離の値、力の値、等)という言葉が物理量の大きさと同じ意味で、または、数値表現したという意味を強めたニュアンスで使われており、国際単位系(SI)の用語では「量の値 (the value of a quantity)」が使われている。ただし「量の値」という言葉は「(量の値を表す)数値 (numerical value)」と混同しやすいことがあるので、以下の記載ではなるべく「量の大きさ」を使う。量の値とそれを表す数値とは異なる概念であり、両者の区別は重要である。前者は単位の選択により変化しないが、後者は単位に依存して変化する。
物理量の値を知るには測定方法を定めなくてはならない。また、測定方法を定めることにより物理量を定義することもできる。これを操作的な定義という。物理量の多くは測定器により測定されている。
物理量の大きさを数値として表すためには、ある大きさの量を単位として定める必要がある。物理量の中からいくつかの種類を基本量と定め、各基本量について単位をひとつずつ定めれば(基本単位)、物理法則により基本量と定量的関係にある量は基本単位の組み合わせにより数値表現ができる。基本単位の組み合わせによる単位を組立単位とよび、組立単位が表す量を組立量とよぶ。
国際単位系(SI)では、時間、長さ、質量、電流、熱力学温度、物質量、光度の7つを基本量と定めていて、自然界で知られている限りの量はこれら7つの基本量のいずれかの組立量である。日本国内での計量法やJISによる規格もSIに準拠している。
ある条件や操作の下で、同じ種類の量の間に加法性が成り立つことがある。このときこれらの量の間に加法が定義できる。もちろん負の値を取らない量の場合は、小さな量からの大きな量の引算は意味をなさない。例えば次のような例がある。
質量 a の物体Aと質量 b の物体Bとが合体した物体A∪Bの質量は (a + b) となる。
電荷 a の物体Aと電荷 b の物体Bとが合体した物体A∪Bの電荷は (a + b) となる。
体積 a の液体Aと体積 b の液体Bとを混合した液体A∪Bの体積は (a + b) となる。ただし液体Aと液体Bが異なる物質のときは、一般には近似的な加法性しか成り立たない。
長さ a の棒Aと長さ b の棒Bとを一直線に結合した棒A∪Bの長さは (a + b) となる。
静止系から見て速度 a の質点Aがある。質点Aから見て速度 b の質点Bの静止系から見た速度 v は (a + b) となる。ただしこの加法性は、ニュートン力学では成り立つが特殊相対性理論では成り立たない。ここで速度はベクトル量であることに注意。
温度 T と体積 V の下で圧力 a である気体Aと圧力 b である気体Bとを一緒にして体積 V の容器に入れ温度 T に保つと、その圧力は (a + b) となる。ただしこの加法性は両気体が理想気体の場合にのみ正確に成り立つもので、実在の気体では近似的にのみ成り立つ。
また、厳密に言えば異なる量の間に加法が成り立つこともある。例えば次のような例がある。
時刻 T から時間 t だけ経過した時刻は (T + t) である。
高度 H の位置より距離 L だけ低い位置の高度は (H − L) である。