质量和重量是一回事吗?

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答:质量是物质的量的度量,单位是“千克(kg)”,一个物体的质量无论放在哪里都是一样的;而重量和引力场强度有关,单位是“牛顿(N)”,同样的物体在地球上和月球上,重量是不一样的。


质量是物体的固有属性

质量越大的物体,加速时就越困难,牛顿第二定律描述了F=ma,这里的质量叫做惯性质量;除此之外,物体产生引力大小的量叫做引力质量,产生的引力大小由引力场方程描述。

引力质量和惯性质量是两个独立的物理量,但是科学家发现,这两个物理量的换算系数精确地等于“1”,才有了广义相对论中的等效原理(惯性质量=引力质量)。

一个静止的物体,质量也是固定的,无论放在地球上还是月球上,它的质量不随位置的变化而变化。


重量和引力场强度有关

在物理学中,重量(G)是描述物体所受重力大小的量,单位是牛顿(N),计算公式G=mg。

比如地球的重力加速度g1=9.8m/s^2,月球的重力加速度g2=1.622m/s^2,所以同一个物体,在地球上的重力大约是月球上的6倍;而在太空的失重环境下,物体的重力就是零。

实际上,在地球上的物体,质量不完全等于地球对物体的吸引力,而是地球引力和物体绕地轴自传产生向心力的合力,两者在大小和方向上都有微小区别。


生活中的质量和重量

虽然质量和重量在物理学中是完全不同的概念,但是在实际生活当中,我们很少使用重量的真实量;人们平常说一个物体的重量是多少,指的都是物体的质量,比如我们说一个人重60千克,但不会说一个人重600牛顿。


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答案很直接,它们肯定不是一回事。但是它们之间有一些关系。

质量是什么?

我们在研究科学问题的时候,尤其是科学家在搞研究发论文的时候,都会想把“定义”讲清楚。这个规矩并不是一开始就有的。而是,到了牛顿时期才有的,应该说,这是牛顿的工作方法。他在写他的著作《自然哲学的数学原理》时,就在开头10多页各种下定义,是那种很明确的定义。我们熟悉的“质量”和“力”等概念,也是那时候确立下来的。

所以,最早给“质量”下明确定义的人是牛顿,就写在了《自然哲学的数学原理》的开头。他是这么描述的:

物质的量是同一物质的密度和大小联合起来的一种度量。

听起来很抽象有没有?不过没关系,后来的科学家曾经总结过牛顿的工作方法,提出了一个牛

顿的激光烈焰剑理论。这个理论说的是:

所有不能进行实验和观测的东西都不值得辩论。

所以,既然牛顿给下了定义,他肯定还给了测量质量的方法。这其实就在“质量”的定义下面,他说:

通过精确的摆实验,我发现质量和重量成比例。

发现没有?牛顿确实提供了测量方法,不仅如此,他这个测量方法就是和重量有关系的。他发现重量和质量是成比例的

惯性质量和引力质量

关于质量的定义,如果你上过高中的物理课,应该也会知道,质量描述了物体运动的难易程度,说白了就是惯性。于是,就有了所谓的“惯性质量”的说法。

同时,我们要知道的是,我们在地球上之所不会飞起来,是因为有引力,而地球自转的同时,我们有个要被地球甩出去的离心力,我们在地球上所受到的重力,其实是引力和离心力的合力。

不过,我们要搞清楚一个问题,那就是关于力的准确定义:

力是改变物体运动状态的原因。

然后,我们继续思考,质量更大的物体虽然受到了更强的引力,但因为自身的质量很大,所以改变运动状态的难度也很大,加速下落也更费劲。但是问题是,如果我们做一次自由落体实验,就会发现,轻的物体和重的物体会同时落地。

所以,这里的惯性质量和引力质量竟然神奇的相等了。

后来科学家还发现,不仅如此,类似于库伦力和万有引力,都有类似的情况。它们的强度随着距离的平方减弱,似乎暗示着某种规律。

我们可以想象空气当中有个气球,上面布满了小点,随着气球膨胀,气球表面上单位面积内的小点的浓度是随着尺度的平方在下降的,可是球球表面总的小点的数量其实是不变的。也就是说,引力场和库伦力的电磁场都是球形的。

当然,我们还能得出的是,在这种“场”内,

物体的惯性质量等于引力质量。这在广义相对论当中,也被叫做等效原理

由此,我们可以得出一个结论,重力其实是由引力所引起的,它会因为引力场的变化而发生改变,但是质量并非如此,质量不会因为引力场的改变而发生改变,质量是恒定不变的。

质量是从哪里来的?

那你可能会继续问,既然重力是因为引力,那质量是由什么引起的呢?

其实我们早就思考过,如果我们把物质不断地进行切分,如果能切到不可再分的那些粒子,那么称一下这些粒子的质量就是了,物质的质量应该就是这些粒子质量的集合。

然而,当我们真的去这么做的时候才发现,这些质量只占了整体质量的不到1%。

那99%的质量是从何而来呢?

进一步研究的过程中,我们就需要了解一下爱因斯坦狭义相对论的质能方程部分,E=mc^2。

这个方程其实就告诉我们一个事:质能等价。啥意思呢?质量还有能量,能量还有质量,它们其实是同一个东西的两个物理量而已。所以一定的质量对应一定的能量,通过E=mc^2可以进行换算。而物质99%的质量,来自于束缚夸克的强力所释放出的能量对应的质量。

最后我们来总结一下,质量是恒定不变的,它和构成自身的粒子以及把这些粒子束缚在一起的作用力所释放的能量对应的质量。而通过引力质量等于惯性质量,我们可以知道,重力其实和引力场有关,它是一个变化值。


钟铭聊科学


1984年2月27日国务院发布的《关于在我国统一实行法定计量单位的命令》的附件中,明确注明:人民生活和贸易中,质量习惯称为重量。


物理中只出现质量的概念,而没有重量的概念。质量表示物体含有物质的多少,质量不随物体的形状、温度、状态而改变,也不随所处的空间位置而改变,是物体本身的一种属性。我们日常生活中,买米买面关心的就是物体的质量,但习惯上说成重量。从过去商品的包装上也可看出来,经常出现“净重”的标示,即使现在到医院体检,大家还都说称量体重,其实,称量的是人体的质量。



很多人将重量与物理中的另一个概念重力混淆,地面附近的物体由于地球吸引而受到的力叫做物体的重力。质量与重力当然不同,比如物理意义、单位、测量工具,还有质量只有大小没有方向,重力既有大小又有方向。当然二者也有联系,重力与质量成正比。另外,有的教科书将物体的重力简称为物重,也是造成重量与重力混淆的一个原因,所以,现在应该已经意识到这个问题,商品的包装不再出现“净重”,而代之以“净含量”,不过,“净含量”并不单指质量,有时是指体积。



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