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揭秘电子秤:为何翻转无法测量地球重量 探寻重量的本质意义

时间:2024-01-28

电子秤是一种用于测量物体重量的工具,但为什么把它翻过来就不能测地球的重量呢?这似乎引发了人们对重量本身意义的思考。重量不仅仅是一个数字,更是一个关于物质和引力的概念。...

提示:本文共有 2602 个字,阅读大概需要 6 分钟。

电子秤是一种用于测量物体重量的工具,但为什么把它翻过来就不能测地球的重量呢?这似乎引发了人们对重量本身意义的思考。重量不仅仅是一个数字,更是一个关于物质和引力的概念。地球的重量无法通过电子秤来测量是因为地球在宇宙中没有相对于其他物体的引力差异,而电子秤是通过测量物体受到的重力来计算重量的。因此,重量的意义不仅仅是说明物体对地球的吸引力,更是一个涉及到天体物理学和引力理论的深刻概念。这个问题引发了人们对重量背后更深层次的科学原理和哲学思考的探索。

原标题:为什么把电子秤翻过来,不能测地球的重量?重量的意义到底是什么

记得上学的时候,老师讲卡文迪许利用扭秤实验测量地球质量的故事。当时有人自信地说:“那么费劲干嘛?把电子秤翻过来,不就可以测量地球质量了吗?”

相信不止有一个人曾经这样想过,但我们也都清楚地知道,这件事是非常荒谬的。那么,到底为什么这样不能测量地球的重量呢?重量的意义到底在哪里呢?

首先我们要知道,重量的本质是什么。

不论是电子秤还是其他的秤,说到底都是将一个物体放上去,通过重量形成的力将秤盘压下去,再通过电路或者是其他方式测量变化值,然后将变化值转换为对应的重量。所以说,这些秤直接测量的,其实是力。这个力的来源,就是被测物体的重力,而这个重力就是它与地球之间的引力的一个分量,与引力大小成正相关的关系。换句话说,这些秤所称量的,都是物体和地球之间的引力。

所以,不论你正着放秤,还是把它翻过来,物体和地球之间的引力是不会变的。如果你单纯地把秤翻过来,它所测量的就是它自己和地球之间的引力,也就是它自身的重力。

我们知道,不同的星球有着不同的引力。如果你在木星大气层上空,就会感受到更大的引力;如果是登陆到月球,就会感受到更小的引力。既然体重的测量就是来自于引力对秤的影响,那么很显然,如果你把秤拿到木星或者是月球上测量自己的重量,也会发现自己体重发生了变化。

别说是到其他星球了,即使是在地球的不同位置,你也会测出不同的重量来。

有这么一个故事:在人类完全认识地球形状之前,有一批商船从北方国家运到赤道附近。结果,明明说好的重量,到了赤道就变少了,赤道附近的商人就说这些运输公司不厚道。双方争执不下,但最后事实证明,运输公司没有做任何不厚道的事,只是由于地球不同位置的重力大小有所不同,这才导致了在不同地区测量的重量不同。

由此可见,对于生活在相对比较小的范围内的人来说,不会受到太大的影响;但是如果放眼到更大的范围内,重量这个参数就显得那么不合理,甚至有点荒谬。

因此,物理学上从来不谈一个物体的重量,而是用质量来描述。那么,质量又是什么呢?所谓的质量,就是表示一个物体所含物质的多少。或者说得夸张点,它代表的是一个物体内部含有微观粒子的多少。

质量的确是与重量使用同样的单位,而且你的质量和你的重量也差不多,但这只是因为我们生活在地球。不论你去火星还是去月球,你的重量会变化,但质量永远不变,因为你体内所包含的物质就那么多。因此,质量给我们提供了一个完美的借鉴,它不会随着环境的变化而变化,只是与物质本身有关。这对于物理学的计算来说,就有了绝对的意义。

接下来的问题是:我们要如何衡量质量呢?

我们刚才说了,质量的单位和重量一样,它的国际单位是克。那么,1克的质量是多少呢?我们不可能拿着一个苹果,就定义说克的定义就是这个苹果的多少分之一。因为,世界上没有两个完全一样的苹果,这个大一点,那个小一点,克的定义却不能随意更改。

在物理学上,很多基本单位的定义都经历了比较漫长的历程,最终才确定下一个方案的。比如长度的单位米,其定义就是光在真空中速度的1/299792458,这个定义虽然看起来有点复杂,但光在真空中的速度是绝对的,所以这个定义也使得米这个单位不会根据测量方法的不同而变化;另外,时间长度秒的定义,铯-133原子基态的两个超精细能阶之间跃迁时所辐射的电磁波的周期的9192631770倍 的时间,这个单位同样复杂,但也同样是绝对不变的,所以被沿用了下来。

(图片说明:铯原子)

可是,世界上没有什么物体的重量是绝对不变的,太阳通过核聚变释放能量,损失着自己的质量;地球也不断地吸收太阳的能量,也向外释放物质,质量也在不断变化。

无奈之下,科学家们只好自己造出来一个物体来定义克这个单位。1889,人们打造了一个铂铱圆柱体,称之为国际千克原器,简称大K。他们规定,这个大K的质量,就是1000克,它的1/1000就是克的定义。

不过说起来,这个定义也是有够草率。说得夸张点,如果大K丢了,天底下就没有人知道1克有多重了。另外,大K也不是每人都有一个,我们平时称量东西也不可能通过大K来计算。再者,由于微观粒子的运动是不可能停止的,所以绝对意义上来说,大K也不可能永远保持同样的质量,它也会有质量的损失或者增加。

好在,我们始终生活在地球上,通过重力加速度和重量的数据,也可以勉强计算出一个物体粗略的质量。或者通过其他的手段,我们也能够大致测量一个物体的质量。只不过,对于要求精细的物理学家来说,这个问题就比较麻烦。

不过,虽然宏观物体的质量会发生变化,但细小到微观粒子,化学反应的最小单位——原子,相对就比较稳定。因此,人们又规定:将18×14074481个碳-12原子的质量定义为1克。

后来,在,在巴黎举办的国际计量大会重新规定:利用量子力学中的普朗克常数以及根据光速定义的长度单位,重新定义了克的单位。由于长度的单位米是绝对的,普朗克常数也是固定的,因此二者推导出的质量单位克也变成了绝对的数值,不会因为任何环境的变化而变化。

不论是米还是克,都是物理学上的最基本单位,除了这两个,还有时间单位秒、电流单位安培、热力学温度单位开尔文、物质的量单位摩尔以及发光强度单位坎德拉,这7个单位构成了物理学基本单位。通过这7个单位(或者说这7个数据),我们可以推导出其他任何参数来。比如速度可以用长度除以时间,能量等于质量乘以速度的平方(还有其他方法)等等。

物理学是一门探究世界本质的学科,物理学家们相信,虽然我们眼中看到的是花花世界,但追根溯源,都是由一些基本元素和原理构成的,它们通过不同方式的组合,就变成了大千世界。就像重量,只是我们看到的表象,其根本在于质量。

可以肯定,即使是今天的物理学家,也没有真的看清世界的本质。这个世界到底是由什么组成的,它的最基本的万有理论到底是怎样的,还有待于物理学家们的探索。

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显示评论内容(3)
  1. 漏大神2024-01-28 15:36漏大神[澳门网友]124.64.57.35
    重量的本质意义确实是个很深奥的话题,能有机会深入探讨真的太棒了!
    顶0踩0
  2. 小百合-导师2024-01-28 15:17小百合-导师[湖北省网友]203.14.162.254
    @高山流水觅知音我从未想过翻转电子秤会影响测量结果,这真是太神奇了!
    顶0踩0
  3. 高山流水觅知音2024-01-28 14:58高山流水觅知音[北京市网友]202.38.177.9
    哇,这篇文章真的让我对电子秤有了全新的认识,原来它是有这么多奥秘的!
    顶8踩0
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