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質量與重力的比值是什麼

生活 更新时间:2024-06-29 17:23:53

在日常生活和貿易中我們經常用到質量、重量和重力的概念,但很多人并沒有分清它們的區别,人們習慣用重量表示質量,有時又用重量表示重力。下面我們來分析一下這些概念的真正涵意和曆史沿革由來。

一.質量,質量概念來源于兩個方面,分别是慣性和引力。

慣性質量:人們發現用同樣的力作用在不同的物體上,獲得的加速度不一樣,用同樣的力去推空車和載重車,空車獲得的加速度大,這說明加速度的大小不僅與力有關,還跟物體的某種特性有關,這種特性就是慣性。于是在物理學上引入慣性質量這一物理量來表示慣性的大小(當然這裡的“物體”指的是質點),質量越大的物體越難改變它原來的狀态(運動或靜止),所以人們這樣來定義質量的概念:物體所含物質的多少叫質量。質量是慣性的量度。但質量是如何測量的呢?這就要用到下面的原理。

引力質量:我們知道物體是引力場的源泉,物體産生引力場,物體也受引力場的作用。不同物體産生引力場的本領并不一樣,同一個人在地球和月球上受吸引的感覺不一樣,月球對人的引力要小很多,地球産生引力場的本領比月球強,這是物體的一種特有屬性,物體的這一屬性在萬有引力定律中表現出來,萬有引力公式為F=Gm1m2/r²,公式中的m1和m2分别就代表兩物體的這種本領,我們稱為“引力質量”,G為引力常數,F1和F2分别為兩物體和别的物體(比如地球)的引力,r為兩物體和别的物體的距離(比如是地球的半徑)最後得出:m1:m2=F1:F2,這說明引力質量越大,引力越大,所以我們稱量引力質量可以利用引力,具體做法就是可以借助待測物體的引力質量同标準體的引力質量加以比較的途徑來測量引力質量,這就是用天平測量物體質量的方法。所以我們平時測量的都是引力質量。

​日常經驗表明物體越重(引力質量越大),要改變它的運動狀态越難,也就是說它的慣性質量越大。反之亦然,如果我們選取合适的單位,那麼物體的慣性質量是否等于引力質量呢?愛因斯坦認為物體的慣性和引力性質産生于同一來源,愛因斯坦基于此等效原理推出廣義相對論,做出慣性質量等于引力質量的科學論斷,這一結論成功經受了現代科學實驗精确驗證,被證明是正确的,目前普遍認為物體的兩種不同屬性――慣性和引力性質,是它同一本質的不同方面表現。所以我們可以用物體的引力質量作為它的慣性量度,反之亦然。天平稱的是引力質量,但我們馬上就知道它的慣性大小。質量的國際基本單位是千克,國際計量局存有标準的千克原器。這以上是質量概念的涵義和曆史沿革。

二.重力和重量:地球附近的物體由于地球的吸引受到的力叫重力;重力是矢量,方向豎直向下,重力是地球對物體的萬有引力指向地心的分力(另一分力平行于緯度平面指向地軸,用于物體随地球自轉的向心力),是個非接觸力,重力的作用點在物體的重心上,物體是受力者。重力的國際單位為牛頓。至于重量這個物理量,統一的認識是:萬有引力是使物體獲得重量的基本的力,但重量這一概念多重含義,教科書上也說法不一,過去物理界有一個提法:地球表面附近,物體所受的重力大小稱為“重量”。為了平衡地球自轉産生的慣性離心效應,重力需分出一部分做向心力,重力和離心效應的合力大小稱為物體的重量,但這個離心效應很小,習慣上還是認為物體所受重力就是它的重量。重量的單位也是牛頓,也叫千克重(1千克物體所受的重力),但重量隻表示重力大小,不表示方向。美國的《PSSC》物理一書中規定:一個物體所受地球引力的大小叫做物體的重量。直接把萬有引力定義為重量,在中國雖然沒有直接把萬有引力定義為重量,但把重量當作萬有引力來應用非常普遍,在以前一些高中教科書上指出:地球上一切物體都受地球吸引,而物體由于地球吸引而受到的力為重力,後面又加上一句“重力也常常叫做重量”。實際上重量的最初概念來自于人們日常感受,手提物體會感覺到沉重,人們習慣把這種向下的沉重作用叫作重量,前蘇聯物理學家C.哈依金的《力》一書中這樣定義重量:物體作用于相對地球靜止的懸點或台上的力叫做物體的重量。人們容易接受這個定義,這樣重量成了一個接觸力,重量是作用在支持物上,物體是施力者。而對于重力,物體是受力者,是非接觸力,所以兩者是兩種性質的力。另外兩種力的區别還表現在:重力是恒力,而重量是變力。重力與物體的運動狀态無關,無論它是靜止還是運動,也無論它是勻速直線還是變速曲線,在地球附近都可近似地認為重力不變。但重量是個彈性力,它的大小會随着運動狀态的改變而變化。當物體向上或向下加速運動時,會出現“超重”和“失重”現象,這超重和失重指的就是重量增大和減小,當一個物體從高處做自由落體運動時它就完全失重了,這時它的重量為零,而此時重力仍在。失重失重,失的是重量。

質量與重力的比值是什麼(重量和重力的聯系和區别)1

​宇航員在太空中雖然沒作自由落體運動,但由于宇宙飛船圍繞地球作圓周運動産生的離心效應對銷了飛船的所有重量,這時宇航員重量為0,但他仍受地球的重力。重力是個場力、是個恒力,由此可見重量和重力不是一回事,不能認為“重量就是重力”。這是重力和重量的聯系和區别。下面我們再來看看質量和重量的關系。

重量的單位為牛頓,也叫千克重,一個物體用測力計測出的是重量,用天平測出的是質量,在慣性狀态下它們的數值在地球上是一樣的,隻是單位不同,人們常常把重量和質量是不加以區别的。人們在買東西總說買幾斤指的是質量,但人們習慣上總認為是重量。由于目前重質量、萬有引力、重力這些概念很清楚明确,足以解決所有問題,再加上前面所說的重量概念的混亂多義,保留“重量”這個物理量已無實際意義。所以國際計量大會建議在科學用語中取消重量概念,鑒于日常生活中重量實質為質量的事實,為照顧人們的習慣,決定把日常生活中的重量看作是質量的同義詞或習慣語。我國國務院在1984年2月27日發布了《關于在我國統一實行法定計量單位的命令》,明确規定基本物理量裡隻有質量,沒有重量,并特别慎重注明:人們日常生活貿易中,質量習慣稱為重量。該命令于1986年1日1日實施。國家計量局180号文件也要求按國務院命令要求所有中小學教材從1986年1月1日起使用法定計量單位。也就是說重量這個概念從1986年1月1日起停止使用。

以上就是我對質量、重量和重力的淺析,希望能幫到大家。

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