在日常生活中,重量和质量的意义是一样的,我们通常把一个物体的重量等效于其质量。但在某些特殊情况时,也需要考虑它们之间的差异。
重量和质量是不同的,重量的单位为牛顿N,而质量的单位是千克kg。在地球表面,质量为一公斤的物体,其重量大约为9.8牛顿。日常生活中,我们常将这两种概念混淆。
重量
我们通常将物体由于地球的吸引而受到的力的大小叫做重量。物体所受到的这个力叫做重力,力的方向竖直向下,只在赤道或两极地区指向地心。
事实上,物体所受到的重力并不严格等于物体所受到的引力大小。由于地球存在自转,物体还将受到惯性离心力的作用。严格来说,物体的所受到的重力是万有引力和惯性力的合力。地球赤道附近的自转速度大约为465米每秒,随着纬度的升高,物体所受到的惯性离心力也就越弱,在两极地区为0。不过由于惯性离心力的作用较微弱,我们通常忽略不计。
(地球引力、重力、向心力和惯性离心力组成的平行四边形,从图中可以很轻松的看出它们之间的关系。)
物体所受到的重力还与物体的加速度有关。同样一个物体处于不同的运动状态时,其所受到的重力也是不同的。我们可以通过改变物体的加速度来改变惯性力,从而人为的改变物体所受到的重力。超重与失重就是这么产生的。
重量和质量的换算关系为W=mg,其中g为重力常数,数值大小为9.8牛每千克。考虑自转的影响,g的大小与物体所在的纬度及高度有关。通常纬度越高物体所受到的重力也就越大,这也是各国选择在赤道附近发射卫星的原因之一。离地心越远的物体所受到的重力也就越小,其重量也就越轻。比如在太空中失重的物体,其重量几乎为0。
地球并不是一个质量均匀的物体,其重力分布也是不均匀的。我们都知道地球是一个球体,其实地球并不是一个完美的球体,地球赤道半径比极半径多21公里。忽略其它因素,在地球表面,同样是1千克的物体,赤道和极地地区的重量相差大约0.3%左右。
在宇宙中,同样质量的物体在不同天体表面的重量都是不同的,一般可以通过天体表面的重力加速度来进行比较。宇航员在月球上所受到的重力仅为地球重力的1/6,因此宇航员可以在月球上轻松搬起一块大石头,这在地球上是难以想象的。
质量
质量是指物体所包含的物质的量的大小。根据量度方式的不同可分为惯性质量和引力质量,这两种质量其实是等价的。
根据相对论,物体的质量会随着其运动速度的变化而发生改变,据此物体的质量又可以分为静质量、动质量和相对论质量(静质量和动质量之和)。当物体的运动速度远小于光速时,其质量的增量极小,可以忽略不计。
物体的质量并不会随着其所处空间位置的不同而发生变化。不论是在太空中,还是在地表,1千克静止物体的质量始终还是1千克。
生活中,弹簧秤和电子秤称出来的都是物体的重量,由于误差不大,我们一般也将其等同于物体的质量。要准确的测出物体的质量,需要利用到杠杆平衡原理,天平以及带秤砣的台秤或者杆秤都是利用这个原理来测量物体的质量的,它们不会受到重力变化的影响,即使在月球上也能用。
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