質量與重量的物理意義（兩者之間究竟有何差異）

2023-07-25 01:21:11

在我們日常談話中，「質量」和「重量」經常無縫互換，但認真講，它們絕不是雙胞胎。在科學術語中，「重量」和「質量」代表著不同的、精確的定義。那麼…二者究竟有什麼區別？

「質量」定義為物理所含的物質的量。而「重量」則表示一個有質量的物體在引力的影響下對另一物體施加的力。質量不受引力影響，而重量則體現了引力本身。

質量

質量定義為物體所含物質的量。然而，由於物質本身的定義模稜兩可，這一定義受到了許多批評。定義質量的一種更簡明和公認的方法是用慣性來定義它。

慣性是指物質在受到外力會抵抗被加速或被移動或者說當其處於運動狀態時除非受到其他力阻礙，否則會一直處於這種運動狀態的性質。

質量越大，移動物質或阻止物質在其軌道上移動就會越難——較大的巖石不僅難以推動或舉起，而且比起較小、較輕的巖石而言，需要更大的力來控制其運動。質量的標準單位是千克（Kg）。

質量的一個特殊特徵是它是恆定的，與它在空間中的位置無關。萬有引力定律告訴我們，兩個物體相互吸引，引力與其質量的乘積成正比。然而，引力本身不會對物質的質量產生影響。地球上一個60公斤重的東西在火星、土星或我們這個平庸的宇宙的任何遙遠角落也將是60公斤重。

當然，我沒有考慮狹義相對論的影響，在狹義相對論中，當質量以相對論速度或接近光速的速度運動時，由於多餘物質或能量的增加，質量往往會增加。對這些問題的深入研究不在本文的範圍內。

重量

一般常識認為物體的重量表明它有多重。這就是為什麼我們經常看到質量和重量在通常情況及日常生活中被同義替代。然而，嚴格講，重量表示了一個包含質量的物體在重力的影響下對另一物體施加的力。

質量不受重力的影響，而重量則是重力本身的體現。它是一個物體被拉向另一個物體的引力大小。因為重量是一種力，所以測量它的標準單位是：牛頓（N）。更進一步將，重量是質量作用於地球的力。

G引力加速度

上述結果將引力定律簡化為牛頓第二運動定律：F=ma。每一個質量為m的物體以加速度g不斷地落向地球。它表示由於地球引力而產生的加速度；這個數值是9.8 m2/s。

不同天體的加速度大小不同，因為它取決於天體的質量。例如，月球的重力加速度是1.620 m2/s。這就是為什麼月球上物體的重量是地球上的重量的六分之一。

因此，一個質量為90kg的太空人在地球上重90x 9.8=882 牛，但他或她在月球上重90x 1.620=145.8 牛。同樣地，如果一個物體落在一個更重的天體上，比如木星或土星上，它的重量會大得多。

地球和月球上的太空人質量和重量的計算

記得一個太空人的質量在這個奇怪的實驗中保持不變（即90公斤）。然而，他攜帶的儀器，一臺稱重機，卻顯示不同的數值。它會在月球上產生非常不準確的結果…但這是為什麼呢？

我們如何從重量中獲得質量？

稱重機是測量物體質量的儀器，它通過測量地球對我們施加的相等的反作用力來對應我們站在物體表面時對它施加的力。在科學術語中，這種力被稱為支持力。

質量模的圖像結果

稱重秤測量由地球產生的支持力，但它們以這樣的方式被校準，它們將這個力除以9.8，並給出質量的近似值（m= f/g）。

因此，攜帶一個根據地球引力校準的秤，會在火星或月球上產生錯誤的結果。這種機制也使它們在自由落體或太空中無用，因為自由落體迫使秤以與我們相同的速度下落；沒有產生支持力，指針保持不動。

同樣地，在沒有任何表面太空中漂浮，會導致針一動不動指在零位上。。

在空中，地面上和太空中的重量

另一種可以測量質量的儀器是槓桿秤。槓桿秤的巧妙而高度簡單的機制是，無論其在空間中的位置如何，都可以用來測量質量。然而，由光束天平描述的質量仍然不是客觀的。

從某種意義上，可以得出這樣的結論：與稱重秤類似，槓桿秤只能通過與已知質量進行比較來發現未知質量——它被校準為固定的已知質量。事實上，標準的質量單位是1公斤，相對於一個儲存在法國的高度安全的金庫中的物體。

幾位科學家推演了某些新的方法來定義千克並客觀地測量質量的可能性。最吸引人的，儘管這些想法極具挑戰性，是計算構成一個物體質量的單個原子，並得到它們質量的算術和！

所以，下次當你沉浸在閒聊中聽人講：「我體重90磅」，以你的科學知識為樂，把這個新學到的知識帶到你的意識中，深呼吸，帶著溫柔的微笑，不管聽起來多麼屈尊，去糾正他們。畢竟，知識是一個人所能給予的最偉大的禮物，同時也會見證你自己被趕出聚會。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

translate: 流沫宆石

author: Akash Peshin

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