质量是物体的属性,不随外界变化而改变;重量是物体受到的重力(即来自星球的万有引力),力属于相互作用,所以不是一回事。
质量是物体属性
质量常有两种定义:惯性质量和引力质量。
依次用于衡量物体惯性的大小,和衡量受某引力场影响大小。而惯性质量和引力质量被多次实验证明是等价的,所以可以得到结论:一个物体质量越大,它的惯性就越大,越不容易被推动,改变它速度速度也越难。一个物体质量越大,也会使同一个引力场(或者说同一星球)对它的引力就越大。
质量是物体自身的属性,是不随外界改变而改变的。
质量符号为m。
重量是物体受到的引力
重量其实就是物体在地球上(或者其他星球上),所受到的重力大小,实质上是万有引力。
对于同一个物体,外部的引力场发生变化时,物体重量是会变化的。月球表面的引力场强度是地球表面的1/6,所以地球人的重量到了月球会变为1/6。而物体的质量则会保持不变,毕竟无论物质移动到了哪里,其本身都不增不减。
重量=质量x引力场强度
重量是一份力,符号为F,根据牛顿第二定律则有:F=m·a。其中m为物体质量,a为加速度。
在地球,a是地球表面的引力场强度,为了简便,人们规定地表的引力场强度为g,名为“重力加速度”。
测质量与测重量的方式不一样
另外,从各自的测量方式,你也可以窥见二者的不同。
假设我们要分别测一个苹果的质量m和重量F。
我们一般用天平测量小物体的质量,意味着你得找到与苹果质量相同的物体,那个物体的质量是多少,苹果的质量也就是多少。因此会定义一些已知质量的物体作为参考,比如天平的砝码,杆秤的衬托。用天平或秤杆的方法,无论你在地球上,还是在月球上测量,得到的苹果质量都是相同的。
而重量是一种力,测量方法就很多了,我们可以找一个与重力相同的力,并且大小可知。比如用弹簧拉力计吊起苹果,或者用弹簧顶住它,因为弹簧的形变量与弹力成正比,用弹簧的形变来测量重力很方便。
当然,用天平也可以测重量,因为砝码和衬托的质量已知,先测量出苹果的质量m,乘以重力加速度g就知道苹果重量F。
区分“质量”和“重量”有什么用?
我猜到你可能会好奇,这两个量在地球上根本没啥子区别嘛,不就是差了一个常数因子嘛,干嘛这么麻烦?
确实,对于绝大多数人,这两个量根本不用咋区分,无非就是一个单位是kg,一个单位是N而已。但对于航天等特殊领域,物体受到的引力与质量并非是简单的正比关系,将这两个概念区分开很有必要。
以地球同步人造卫星为例,需要考虑让其停留在特定轨道上,以获得与地球同步的角速度,所以才叫“同步卫星”。而太空中的引力场是与地球不同的,此时计算受力就不能用地球上的重力加速度作为参数,还要考虑到月球的引力,整体的引力加速度的计算更为复杂。但在这个过程中,卫星的质量是不变的,因此几乎不需要考虑质量的变化:F↓=m·a↓,我们只需要考虑a就可以获得F的改变量。
但也存在远航的卫星,相对地面的速度非常快,这时必须要考虑相对论效应,即卫星的质量会发生微小的增加。轨道的计算不能出一丝一毫的差错,这类效应绝不可忽视。此时F↓=m↑·a↓,可以看到质量m、加速度a都在变化,计算更为复杂了。
所以质量和引力必须单独考虑才能周全,如若单纯认为m是不变的,有可能会出大篓子!