物理と化学の違い

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松井 元(まつい はじめ)

静岡県三島市の松井会計事務所に勤務する理系税理士。 文理両方のスキルの融合を考えており、このブログは以下を中心に更新している。
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今日は、タイトルの通り理系的なことを書いてみようと思います。

私は、もともと大学は工学部出身で、機械工学を専攻していました。

熱力学、流体力学、振動波動工学など、いわゆる「物理」の範疇にあるものを勉強してきたわけです(学生時代は、だいぶ遊んでたのですが、何とか単位は取ってました。。。)
また、大学院では熱流体系の研究室に所属していました。

社会人になってからもエアコン部品の機械設計を担当していたので、「物理」の範疇を仕事としてやってきました。

また、エアコンの冷媒やオイルなど部分的にではありますが「化学」に関わる業務も経験しました。

今日は、自分の経験を踏まえ「物理」と「化学」の違いについて、簡単に説明してみたいと思います。

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1、物理と化学

まず、高校時代は理系で文字通り物理と化学を教科書で勉強しました。

大学院での研究、社会人になってからのエンジニアの仕事ともに、高校時代に習った物理あるいは化学の延長線上にあること間違いありません。

世の中にある製品設計・製品開発は高校時代に習う物理又は化学を複雑にしたものです。

例えば、自動車は様々な技術から成り立っており、その自動車を構成する技術は物理と化学がベースになっています。

物理

物理は、物質の目に見える現象とでも言えば良いのでしょうか。
極論を言えば、世の中の目に見える現象は、全て何かしらの物理の数式で表すことができるはずです。

人間がジャンプしても、重力の影響で地面に戻ります。
物をある高さから落とせば、重力加速度(9.8m/s2)で加速しながら地面に向かって落ちていきます。
氷の上では、摩擦力が小さくなって滑りやすくなります。
鉄板の中心を火で温めれば、徐々に熱が全体に広がっていきます。

こういう日常の中で起こる現象には、物理が密接に関わっているのです。

化学

一方で化学は、物質の目には見えない現象とでも言えば良いのでしょうか。

全ての物質は、「原子」と呼ばれる目には見えない最小単位で構成されていますが、その原子レベルでの現象が化学の範囲と言って良いでしょう。

ある薬品と他の薬品を混ぜたら、まったく組成の異なる液体ができあがるかもしれません。
タバコの副流煙には、多数の異なる組成を持つ化学物質が含まれているはずです。

化学は目には見えないため、分かりにくいですが物理と同じく日常の中にあふれているものです。

2、結果を予測しやすい「物理」、予測しにくい「化学」

さて、エンジニア時代に「物理」と「化学」両方に関わって(メインは物理ですが)1つ分かったことがあります。

それは、

・物理の範疇にあるものは比較的現象を予測しやすい
・化学の範疇にあるものは現象を予測しにくい

ということです。

物理の場合

例えば、全く新しい材料があっとします。
この材料を引っ張ったったら、何N で引張破断するか予測が必要な場合、材料の強度を測定すればかなり正確な予測ができます。

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実際にテストピースを製作して実験すると、予測とほぼ同じ結果になるはずです。

もし、実験結果と予測が乖離していたら、何か実験の仕方が間違っていることを疑うことになるでしょう。

物理は、全てではないですが理屈が確立されているものが多いので、高い精度で予測をすることができます。

化学の場合

一方で化学の場合はどうでしょう。

全く新しい組成を持った物質の液体 A、Bがあった場合に、これらの液体の組成を分析することができたとしても、A、B を混ぜた場合にどのような組成の物質ができるか予測することは困難です。

予測をしても、実験をしてみると結果が予測と異なることが多いです。

化学の場合は、物理と比べてどうしても「実際に実験をしてみなければ分からない」ことが多いのです。

こうなるはずだと予測をしても、結果がそうならなければ新しい発見として受け入れるほかありません。

機械設計に慣れている立場からすれば、「化学は難しい」という意見で一致します。

3、置き換えをしやすい「物理」、置き換えが困難な「化学」

物理の範疇にあるものは置き換えはしやすく、化学の範疇にあるものは困難です。

製品を開発・設計する際には、製品の一部分の機能確認のため、テストピースを作って実験をすることがあります。

分かりにくいかもしれませんが、1つの自動車部品はいくつもの要素から作り上げられています。
その1つ1つの部品単位で機能確認が必要なため、テストピースを作って実験をするということです。

物理の場合

例えば、回転体を持つ製品のシャフトに関する実験をしたい場合、シャフトのテストピースを作れば実際の実機環境と近い実験を行うことができます。

化学の場合

一方で化学的な実験の場合

例えば、飛行機で使われる材料の腐食(さびなど)の実験をする場合には、実験室で実機に近い腐食環境を作り出すことになりますが、実機の環境を模擬することはかなり難しいです。

実験室で置き換えた腐食環境と、実際の飛行機が置かれる腐食環境はやはり異なります。

腐食に限らず、化学的な実験を行うための置き換えは困難を伴います。

4、まとめ

さて、物理と化学の違いについて書きました。

化学よりも物理の方にウエイトを置いて関わってきた自分からすれば、化学は難しいものでした。

ただ、新しいアプローチを経験できるというのは楽しいものでした。

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