江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑

「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑
本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。
在我们日常谈话中 ， “质量”和“重量”经常无缝互换 ， 但认真讲 ， 它们绝不是双胞胎 。 在科学术语中 ， “重量”和“质量”代表着不同的、精确的定义 。 那么…二者究竟有什么区别？
「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑
“质量”定义为物理所含的物质的量 。 而“重量”则表示一个有质量的物体在引力的影响下对另一物体施加的力 。 质量不受引力影响 ， 而重量则体现了引力本身 。
质量
质量定义为物体所含物质的量 。 然而 ， 由于物质本身的定义模棱两可 ， 这一定义受到了许多批评 。 定义质量的一种更简明和公认的方法是用惯性来定义它 。
惯性是指物质在受到外力会抵抗被加速或被移动或者说当其处于运动状态时除非受到其他力阻碍 ， 否则会一直处于这种运动状态的性质 。
「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑
质量越大 ， 移动物质或阻止物质在其轨道上移动就会越难——较大的岩石不仅难以推动或举起 ， 而且比起较小、较轻的岩石而言 ， 需要更大的力来控制其运动 。 质量的标准单位是千克（Kg） 。
质量的一个特殊特征是它是恒定的 ， 与它在空间中的位置无关 。 万有引力定律告诉我们 ， 两个物体相互吸引 ， 引力与其质量的乘积成正比 。 然而 ， 引力本身不会对物质的质量产生影响 。 地球上一个60公斤重的东西在火星、土星或我们这个平庸的宇宙的任何遥远角落也将是60公斤重 。
「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑
当然 ， 我没有考虑狭义相对论的影响 ， 在狭义相对论中 ， 当质量以相对论速度或接近光速的速度运动时 ， 由于多余物质或能量的增加 ， 质量往往会增加 。 对这些问题的深入研究不在本文的范围内 。
重量
一般常识认为物体的重量表明它有多重 。 这就是为什么我们经常看到质量和重量在通常情况及日常生活中被同义替代 。 然而 ， 严格讲 ， 重量表示了一个包含质量的物体在重力的影响下对另一物体施加的力 。
「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑
质量不受重力的影响 ， 而重量则是重力本身的体现 。 它是一个物体被拉向另一个物体的引力大小 。 因为重量是一种力 ， 所以测量它的标准单位是：牛顿（N） 。 更进一步将 ， 重量是质量作用于地球的力 。
G引力加速度
上述结果将引力定律简化为牛顿第二运动定律：F=ma 。 每一个质量为m的物体以加速度g不断地落向地球 。 它表示由于地球引力而产生的加速度；这个数值是9.8 m2/s 。
「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑
不同天体的加速度大小不同 ， 因为它取决于天体的质量 。 例如 ， 月球的重力加速度是1.620 m2/s 。 这就是为什么月球上物体的重量是地球上的重量的六分之一 。
因此 ， 一个质量为90kg的宇航员在地球上重90x 9.8=882 牛 ， 但他或她在月球上重90x 1.620=145.8 牛 。 同样地 ， 如果一个物体落在一个更重的天体上 ， 比如木星或土星上 ， 它的重量会大得多 。
「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑
地球和月球上的宇航员质量和重量的计算
记得一个宇航员的质量在这个奇怪的实验中保持不变（即90公斤） 。 然而 ， 他携带的仪器 ， 一台称重机 ， 却显示不同的数值 。 它会在月球上产生非常不准确的结果…但这是为什么呢？
我们如何从重量中获得质量？
称重机是测量物体质量的仪器 ， 它通过测量地球对我们施加的相等的反作用力来对应我们站在物体表面时对它施加的力 。 在科学术语中 ， 这种力被称为支持力 。
质量模的图像结果
「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑
称重秤测量由地球产生的支持力 ， 但它们以这样的方式被校准 ， 它们将这个力除以9.8 ， 并给出质量的近似值（m= f/g） 。
因此 ， 携带一个根据地球引力校准的秤 ， 会在火星或月球上产生错误的结果 。 这种机制也使它们在自由落体或太空中无用 ， 因为自由落体迫使秤以与我们相同的速度下落；没有产生支持力 ， 指针保持不动 。
同样地 ， 在没有任何表面太空中漂浮 ， 会导致针一动不动指在零位上 。。
「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑
在空中 ， 地面上和太空中的重量
另一种可以测量质量的仪器是杠杆秤 。 杠杆秤的巧妙而高度简单的机制是 ， 无论其在空间中的位置如何 ， 都可以用来测量质量 。 然而 ， 由光束天平描述的质量仍然不是客观的 。
从某种意义上 ， 可以得出这样的结论：与称重秤类似 ， 杠杆秤只能通过与已知质量进行比较来发现未知质量——它被校准为固定的已知质量 。 事实上 ， 标准的质量单位是1公斤 ， 相对于一个储存在法国的高度安全的金库中的物体 。
「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑
几位科学家推演了某些新的方法来定义千克并客观地测量质量的可能性 。 最吸引人的 ， 尽管这些想法极具挑战性 ， 是计算构成一个物体质量的单个原子 ， 并得到它们质量的算术和！
【「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑】「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑
所以 ， 下次当你沉浸在闲聊中听人讲：“我体重90磅” ， 以你的科学知识为乐 ， 把这个新学到的知识带到你的意识中 ， 深呼吸 ， 带着温柔的微笑 ， 不管听起来多么屈尊 ， 去纠正他们 。 毕竟 ， 知识是一个人所能给予的最伟大的礼物 ， 同时也会见证你自己被赶出聚会 。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
translate: 流沫宆石
【「天文」质量与重量：两者之间究竟有何差异？物理学家来帮你解惑】author: Akash Peshin
如有相关内容侵权 ， 请于三十日以内联系作者删除
转载还请取得授权 ， 并注意保持完整性和注明出处


    推荐阅读


    上一篇：[肺炎]加拿大新增4例新冠肺炎确诊病例 总计33例

    下一篇：【美国】理直气壮，世界欠中国一个感谢