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物体の質量を増加させる方法が知りたいです。
物体を加速させること以外で、物体の質量を増加させる方法ってありますか?E=mc二乗で、エネルギーを増やせば質量が増加することは分かるのですが、具体的にどうやってエネルギーを増加させるんですか?教えてください。


●質問者: ギタキツネ
●カテゴリ:学習・教育 科学・統計資料
○ 状態 :終了
└ 回答数 : 3/3件

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1 ● hissssa
ベストアンサー

エネルギーを増やせば質量が増加するというより、エネルギーそのものが質量を持つという話です。どんな形態であれそれがエネルギーであれば、そのエネルギーに相当する質量を持ちます。
代表例は運動エネルギーです。物体を加速して運動させれば、その速度に相当する運動エネルギーが質量に加算されます。位置エネルギーも質量になります。重力に対して高い位置にある物体は、低い位置にある物体に比して高いエネルギーを持つため、その分質量は増しています(ほんの少しですが)。
化学的反応のエネルギーも質量になります。例えば二酸化炭素は、酸素+炭素の化学反応で生成される物質ですが、この化学反応で放出されるエネルギーのぶん、元の酸素+炭素の質量より僅かながら軽くなっています。
また身近な例で、充電池は充電前と後では後の方が質量は増しています。電気エネルギーを蓄えた分の質量です。
その他もろもろ、とにかく何らかの形でエネルギーを持てば、その分質量は増えるのですね。


ギタキツネさんのコメント
詳しい説明ありがとうございます。

うぃんどさんのコメント
いろいろとごちゃまぜにしてるようですが…… >重力に対して高い位置にある物体は、低い位置にある物体に比して高いエネルギーを持つため、その分質量は増しています それは重量であって、質量ではないですね >電気エネルギーを蓄えた分の質量 電気エネルギーを蓄えたのではなく、電気エネルギーを持った物質を蓄えた分ですね

hissssaさんのコメント
ごちゃまぜにしてるのはそちらかと思いますが。 >質量(物質の量)は増えません そもそも「質量」の認識が間違ってますよ。E=mc^2の式で示される質量mは、物質の量を意味しません。 物質の量と等価になるのは「静止質量」です。一切運動せず励起状態にもない物質なら質量=物質の量ですが、それ以外のあらゆる状態ではイコールではありません。

ギタキツネさんのコメント
つまり、全く運動をせず、静止している物体の質量は物質の量だが、運動をしている場合はそうではないと、こう言うことですね?

うぃんどさんのコメント
>そもそも「質量」の認識が間違ってますよ >E=mc^2の式で示される質量mは、物質の量を意味しません それは「加速することで重量を増すことはできますが」の続きの文章です E=mc^2のmとは関係無いです さて、重量と質量、そして静止と運動に対して、 質問者さんに誤解を与えたようですが、どのように説明なさるか・・・ しばし静観させていただきます (量子力学などを持ち出さず、小学生でも理解できるように出来るだけ簡単に説明したものが回答No.2です)

hissssaさんのコメント
質問者がE=mc^2の式も示して、「加速させること以外で質量が増す?」と聞いているのに、mを質量とせず「物質が増えること以外で質量は増えない」とする方がよほど誤解を招くと思いますが。

うぃんどさんのコメント
そもそも「加速することで質量が増える」という認識に対して、 まずはそこを修正し、そのあとで話を戻して、本題に移っています 仮に誤解を招いたとしても、上の二行でフォローします さて、質問者さんの「全く運動をせず、静止している物体の質量は物質の量だが、運動をしている場合はそうではないと、こう言うことですね?」に対して、どう説明しますか?

hissssaさんのコメント
>「全く運動をせず、静止している物体の質量は物質の量だが、運動をしている場合はそうではないと、こう言うことですね?」に対して、どう説明しますか? どう説明するもなにも、おおむねその理解で問題ないと思いますが。 恐らくは運動エネルギーによる質量変化(相対論的質量)を質量とは認めないという話をされているのかと思いますが、それならその所をきちんと説明しないと混乱を招くばかりかと思いますが。 まして相対論的質量をして「重量」と表現してしまったら、一般的な意味での重量(重力に引かれることで発生する力)と余計に混同してしまうかと思われます。 それに、運動エネルギー以外のエネルギーによる質量変化についてはどうなっていますか?。加速器を用いた粒子生成のような形でしか質量は変わらないとされていますが、普通の化学変化でも質量は変化します。最初の回答に書いたように、酸素+炭素が二酸化炭素になったり電池が充放電するような変化でも質量は(ごく微量ながら)E=mc^2に従って変化しますよ。そうでないと単純にエネルギー保存則に違反しますから。

うぃんどさんのコメント
>酸素+炭素が二酸化炭素になったり電池が充放電するような変化でも質量は(ごく微量ながら)E=mc^2に従って変化しますよ そもそもごっちゃにしていると感じた理由を思い返しています・・・ そちらの視点に立ったつもりで、「変化します」と言い切っている理由 すなわち変化していることを証明する資料を探してみているのですが・・・ 量子論とか相対論的に考えるとそうなるという理論の話ではなく、 実験によって証明された資料があれば・・・ それにしても、質問者さんは「相対論的質量」に対して度の程度理解なさったのでしょうね 理科のレベルで習う質量と、物理学のレベルで習う相対論的質量・・・ 理科レベルでの知識で質問しているのだと仮定しているのですが・・・

ギタキツネさんのコメント
まだ中学ですから理科レベルです。質量は「物体に力を加えたときの加速のしにくさ」だと教わったのですが?

hissssaさんのコメント
実験結果の資料がどこかに公開されているかは知りませんが、化学反応で質量が変化するということの説明は「質量欠損」でググれば幾らでも見つかりますよ。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E9%87%8F%E6%AC%A0%E6%90%8D http://www.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld3/3Part2/3P23/nuclear_mass.htm 実験による検証も、それこそ何十年も前から何度も繰り返し行われているレベルの話です。

うぃんどさんのコメント
この質問に対する私の姿勢は理科レベルの人を相手にしているという認識です (中性子スピンの話に回答していないのは、簡潔に説明できないからです) 理科レベルでは「質量保存の法則」によって、 化学変化の前後でも、運動エネルギーや位置エネルギーを与えられても、 質量(物質の量)は変わらないという認識になります これが、物理学のレベルになってくると。 化学変化によって実は質量欠損が生じていることなど、 いろいろと細かくなっていきます なお、2012/03/22 17:41:12のコメントは、 化学変化で質量が変わるということが一般的であるならば、 「質量保存の法則」を学ぶことや、学ばせ方、あるいは用い方について、 私も身につけないといけないなと思ったからです

hissssaさんのコメント
理科レベルの人を相手にしているという認識であればこそ、「質量」と「一般的な意味での重量」を混同させては本末転倒だと思うのですが。理科レベルの人が一番混乱するところですよね。 理科レベルの人であればこそ、質量=加速のしにくさという認識であり、その前提で「相対論的質量」を区別するのは混乱の元でしょう。相対論的質量であれ化学反応による質量欠損であれ重力場や電磁場によるポテンシャルであれ、それは間違いなく「加速のしにくさ」に影響するわけですから。 だから最初私の回答の結論である、「運動エネルギーに限らず、何らかの形でエネルギーを持てば、その分質量は増える」という認識で問題ないだろうと思ったのですが・・・。

2 ● うぃんど

加速することで重量を増すことはできますが、質量(物質の量)は増えません

鉄砲の弾は、そのままでは非常に軽い金属の塊ですが、
爆薬でものすごく加速することによって、重くなり、大きな破壊力を持ちます
すなわち、加速によって得られるのは運動エネルギーであって、
それによって物質が増えたり減ったりしているわけではないということです

さて、質量を増やしたければどうするかという話に戻しますと、
エネルギーを物質に変換するという作業が必要になってくるわけです

E=mc二乗で現されるように、物質を生み出すには多大なエネルギーを必要とします

その多大なエネルギーを得るために、加速器を使い、
運動エネルギーを貯めまくった陽子などをぶつけるという方法が用いられますが、
今のところはまだ物質を生み出したというちゃんとした報告を見聞きしたことがなく、
まだまだ研究段階ということになります


3 ● 多食斎友好=世田介

『エネルギーを増やせば質量が増加することは分かるのですが』ちょっと理解がちがうような。
「エネルギー」と「質量」は「表裏一体」「同じ物質の違った見え方」と言えると思います。「質量・エネルギー保存・不変の法則」が示すように、質量+エネルギー(位置エネルギー、運動エネルギー、化学エネルギー等々)を合わせた量は一定です。エネルギーを増やす事は、他からエネルギーを貰うか、質量をエネルギーに変えるかです。また質量を増やすのも同じく他から質量を貰うか、エネルギーを質量に変えるかです。
「物質量自体を増やせば良いわけです」が、それは他から取るしかないですね、「無から有は生じないと言うわけです。・・・例え、核反応ても、素粒子生成でも、クオーク生成でも、エネルギーの質量も増えません。

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