第28章 質量、重力和重量(1 / 1)

質量、重力和重量原本是三個不同的物理概念,可不知從何時起,人們把質量和重量、重量和重力混為一談,以致常常“指鹿為馬”,弄到“假作真時真亦假,真作假時假亦真”的地步了。比如,咱們用杆秤稱量物品,稱量出來的是物品的什麼“量”呢?有人也許會不假思索地回答:重量。其實不是“重量”,而是“質量”。理由很簡單:用杆秤所稱出的物品的“量”是與秤砣比對後得到的,正如用天平所稱出的物品的“量”是與砝碼比對後得到的。秤砣與砝碼,都是質量的基準,所以比對得到的“量”當然就是質量。值得指出的是,在比對的過程中利用了重力,即利用了“杆秤平衡時,物體重力對軸(拴秤毫處)的力矩與秤砣重力對軸的力矩大小相等、方向相反”,亦即∑M(F)=0的“合力矩定理”。此處,何妨順便說句題外話:杆秤與天平的工作原理是相同的;二者的區別僅僅在於,杆秤的兩個力臂不等,而天平的兩個力臂相等。

問題似乎越說越糊塗了:還沒有把重量說清楚,又扯出來了質量和重力。不過,這又恰好說明,重量、質量和重力是既有聯係又有區別的三個概念,或曰三個物理量。

先說質量。所謂質量,就是物體中所含物質的多少。從慣性的角度看,物體的質量大,意味著保持固有運動狀態的能力大;物體的質量小,意味著保持固有運動狀態的能力小。而從引力的角度看,物體的質量大,意味著它與別的物體之間的引力大;物體的質量小,意味著它與別的物體之間的引力小。質量的單位是千克,國際符號為kg。值得一提的是,作為物理量的質量,與作為日常生活中物品品質好壞的質量,有著完全不同的含義。

次說重力。重力是指地球對物體的吸引力。據此可知,重力的方向恒指向地心,大小等於物體的質量與其所在地的重力加速度的乘積,即G=mg。其中,質量m的單位為kg,物體所在地的重力加速度g約為9.8 m/s2。正因為重力是一種力,所以重力的單位當然就是力的單位N(牛頓)。

再說重量。重量的定義是“使物體在特定參考係中獲得的加速度等於當地自由落體加速度的力”。這就是說,重量也是一種力,其單位當然也是力的單位N(牛頓)。例如,在重力加速度為g的地表A處有一個質量為m的物體,則其重力值為G=mg,方向指向地心。而此物體在A處的重量W,即此物體在A處所獲得的自由落體加速度的力,則應為此物體的重力與其在A處由於地球自轉對於NS軸(地球自轉軸)產生的離心力F的幾何和(矢量和),即W=G+F (參見右圖)。

由圖可見,重量在數值上是小於重力的,且方向偏離地心。由於離心力遠小於重力,所以重量與重力的數值極為接近,而且方向的偏離也很小。唯其如此,人們就常常不加區別地將重量和重力混為一談了。其實,重量和重力的物理意義,那是迥然不同的。

至於質量和重量,二者的物理概念也堪稱“涇渭分明”:質量是物體中所含物質的多少,而重量則是一種力——使物體在特定參考係中獲得的加速度等於當地自由落體加速度的力。遺憾的是,在日常生活中,人們常把“質量”說成了“重量”。久而久之,習慣成自然,倒不覺得這樣“張冠李戴”有什麼不妥了。

2005年3月18日