在我们的日常用语中,“质量”与“重量”常常被无碍地交替使用,但若从科学角度来探讨,它们并非等同的概念。在科学术语中,这两者有着清晰且严格的定义。
我们来说说“质量”。它被定义为物体所含物质的多少。“质量”这一概念时常受到一些模糊的定义所困扰。一个更为简洁且公认的定义是利用惯性来描述。惯性可以解释为物体抵抗外力改变其运动状态的能力。
图解:弹簧秤的示例,这是用来测量物体重量的工具。
质量的特点
质量是恒定不变的,无论物体处于何种位置。例如,地球上的一块60kg的砖,即使在火星、金星或宇宙的某个角落,它的质量依然是60kg。尽管如此,它对不同的重力反应可能会有所不同。
传统的观点常将“重量”视作衡量物体“多重”的指标,这在日常生活或一般语境中与“质量”同义。但从技术角度讲,“重量”指的是在重力影响下,一个有质量的物体施加在另一个物体上的力。
图解:此处展示了引力常数的概念。
M1代表物体1的质量(比如说地球的质量),M2代表物体2(如我们自身的)的质量。当两个物体因重力相互吸引时,这个力的大小和方向都会影响物体的“重量”。
不同的因其质量不同,其表面的重力加速度也会有所不同。例如,月球上的重力加速度是每平方秒1.620米,这也是为何同样质量的物体在月球上的“重量”只有地球上的六分之一。
宇航员的质量与重量
如何从“重量”中获得“质量”?
称重器是一种测量重力的工具。它通过测量地球施加于我们的支持力来反映我们站在地面时所受的力。这个支持力与我们的质量之间有一定的关系。通过将支持力除以当地的重力加速度(9.8m/s²),我们可以得到质量的近似值。
如果我们在不同的上使用以地球引力校准的称重器,可能会得到不准确的结果。这也意味着在真空中或自由落体状态下,称重器可能无法正常工作。
不论在地面还是空中
除了称重器外,杠杆秤也是测量质量的工具之一。尽管其机制简单,但它的测量结果仍然是相对的。与称重器类似,杠杆秤也需要与已知质量进行比较来得出未知质量。
对于更精确地定义和测量“质量”,科学家们正在探索新的方法。其中一种令人兴奋的想法是通过计算构成物体质量的单个原子的质量和来定义。这仍是一个充满挑战的研究领域。
下次在与他人闲聊时,如果有人低估了自己知识的深度而误用“重量”与“质量”的概念时,不妨以你的科学知识纠正他们。记住,知识是赠予他人的宝贵礼物。
参考资料
1. 百科全书在线
2. 天文爱好者杂志
3. 科学论坛讨论区