什么是质量?
为了了解地球上更多的自然现象,我们首先应明确“质量”的概念。
当然,我们也必须明确“重量”的概念。
物体具有重量是由于地球对该物体吸引的结果。我们平时所说的某个物体重,是因为地球对它的吸引力大,以至于我们很难搬动它;而另一些物体,由于所受地球的引力较小的缘故,轻而易举地就可以搬动,我们就认为这些物体较轻。
根据牛顿力学定律,地球对物体的引力是随着物体与地心的距离变化而变化的。地球对物体的吸力来自地心,人类位于地球的表面,离地心大约 6350 公里。在一般情况下,我们无法感觉到地球引力的变化,因为我们在大部分时间里都是生活在地球表面,即使我们爬上最高的山脉或潜入最深的海沟,我们依然无法感觉到这一重量变化,因而在一般情况下,可以认为重量是一个常数。
假设我们是位于地表上空 6350 公里处,即离地心的距离是我们在地表时的两倍,此时地球对我们的引力降为原来的 1/4,而如果我们再“飞”高一些,我们的体重就会变得更轻。
牛顿(他曾在 1687 年发现了物体运动定律)找到了另一个类似于重量的测量参数,该参数不受重力的影响,因而也就不随其与地心的距离的变化而改变。如果一个物体比另一个物体更重,那是因为它所受到的地心引力更大。那么,是否还有其他判别这一区别的方法呢?
牛顿发现,力可以改变物体运动的速率或方向,而对于较重的物体,实现这一目的将需要较大的作用力。
其实,这一定律早已被人类所验证。假设地上有一个篮球,你只需用一个指头轻轻一碰就可使它滚动起来;而当其滚动时,轻轻地一触就可以改变它的运动方向,或使其停下来。而当地上放的是一颗炮弹的时候(当然,它要比篮球重得多),你会发现无论是想让它由静止开始运动,还是在运动中使其改变运动方向或停止下来,都要花费大得多的力气。
阻碍物体运动状态改变的特性称为“惯性”,而物体所具“惯性”的量度称之为该物体的“质量”。质量不受地球引力的影响,因此科学家们更愿使用质量作为度量单位,他们总是说某物体质量有多大,而不愿称其有多重。
质量与重量一样,以千克或磅作为计量单位(其实这是一个错误,不过学术界也已经习惯了)。质量可以通过两种方法进行测量:其一是在已知当地的重力加速度的条件下,计算物体的重量,进而进行换算;其二计算其惯性,这种方法与重力无关。上述两种方法看起来并无任何关系,但它们往往会得出相同的结果,因而所谓“重力质量”与“惯性质量”是相同的,这一问题一直困扰着科学家们。
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