基本量大学の物理で出てくる
立体角の単位はなぜ無次元?意味と仕組み
(無次元)
次元 [無次元]
このページでわかること
- 立体角を言葉でどう言い表すか
- その言葉を単位に置き換えると、なぜ単位が消えるのか
- sr のいろいろな書き方と、その根拠になる公式
立体角とは? 言葉で意味をつかむ
立体角とは 球面上の面積が、半径の2乗の何倍か。
言葉の式
立体角 = 球面上の面積 ÷ (半径)²
言葉の式に出てくるそれぞれの言葉は、すでに単位がわかっている量です。言葉を単位に置き換えてみましょう。
[立体角]
単位どうしが打ち消しあって何も残りません。だから「次元をもたない量」なのです。
基本単位までたどる
言葉の式に出てきた量も、さらに言葉の式で分解できます。面積 → 立体角 の順にたどると、すべて基本単位(m・kg・s・A・K・mol・cd)だけで表せます。
sr の別の書き方
同じ量でも、使う公式によって単位の見え方が変わります。どれも基本単位にすると一致します。
| 書き方 | 根拠になる公式 |
|---|---|
| 光束と光度 |
立体角が出てくる公式
まとめ
- 立体角とは、球面上の面積が、半径の2乗の何倍か。
- 言葉の式 立体角 = 球面上の面積 ÷ (半径)² を単位に置き換えると 1。
練習問題:分子と分母を見きわめる
問題文には単位が書いてあります。計算はしなくてかまいません。どの単位が分子(上)に、どの単位が分母(下)に来るかだけを考えて選んでください。
問1立体角は「球面上の面積 ÷ (半径)²」で求められます。「球面上の面積」[]、「半径」[] のとき、立体角の単位はどれ?
答えと解説
正解:C
かける量(球面上の面積)の単位が分子、割る量(半径)の単位が分母に来ます。まとめると = = 。
問2光束と光度 を使います。 「光束」[]、 「光度」[] のとき、立体角 Ω の単位はどれ?
答えと解説
正解:C
式を Ω について解くと 。分子・分母にそれぞれの単位を入れると = 。
問3立体角 = 球面上の面積 ÷ (半径)² です。「立体角」[]、「半径」[] のとき、「球面上の面積」の単位はどれ?
答えと解説
正解:B
言葉の式を「球面上の面積」について解き直すと「球面上の面積 = 立体角 × (半径)²」。単位を入れると = 。