人站在赤道和北極 哪個區域體重更大?

2021-01-07 楓林集趣

當一個人分別站在赤道和北極,他在哪個區域的體重更大?

據國外媒體報導,作為一名「合格」家長是很難的,有時需要輔導孩子完成物理作業,同時家長們還必須表現得物理學知識豐富。然而,有時孩子們提出的問題會令家長們十分棘手,例如:當一個人分別站在赤道和北極,他在哪個區域的體重更大?

通常家長們很難立即給出答案,家長們心裡有自己的答案,但他們也想知道老師的答案結果,這兩個答案可能並不相同。事實上,這並不是一個很好的問題,有些模糊,以下是通過科學方式徹底分析解答這個問題。

人們所說的「重量」是什麼?

事實上有兩種關於「重量」的定義,首先,讓我們從最接近物理學概念進行了解,這也是從技術上最接近正確數值的。

重量:是物體和行星(通常這裡指的行星是地球)之間的引力量級,在地球表面,一個物體的重量大約是物體質量(m)和引力常數(g)的乘積,這裡的g是每千克9.8牛頓。

我們試著對其進行形式定義——只是為了完成任務,簡而言之,重量是重力。這是另一個可用于衡量體重的定義。

人造衛星數據顯示地球引力場的差異性,事實上,北極體重大於赤道體重並非「完美答案」,首先,地球不是一個標準的圓球體,其次,地球不具有均衡密度。

重量:當你站在體重秤上顯示的指數。

這兩個重量定義不是一樣的嗎?假設人們站在體重秤上存在的兩個可能,首先,一個人站在體重秤上,此時處於一顆非旋轉行星,這種情況下,人類是靜止的,而不是加速。意味著人們的全部作用力總和為零,有一個向下的引力作用,在體重秤上還會體現出一個向上的推力(體現為體重秤的刻度指數)。這兩種作用力必須有相同的大小才能將其總和成為零,這時體重秤作用力和人體體重數值才是相同,使用哪一種重量定義並不重要。

接下來,假設人們仍然站在體重秤上,但此時他處於赤道地區一座大樓第9層,他在第9層是非常重要的,人們讓電梯門關閉,之後按下電梯按鈕,向下抵達一樓。此時電梯很快就會加速下來,人體正在加速向下,這意味著向下引力必須大於體重秤上的向上推力,體重秤上的指數將低於引力。所以,在不同的環境下,依據哪個重量定義進行衡量是很重要的。

當你從赤道轉移至北極,體重秤會有什麼變化嗎?

明顯的變化是從赤道至北極地區人們所穿著的衣服,因為北極氣溫更寒冷,以及北極沒有陸地,僅有冰層覆蓋。此外,兩個地區還有另一個差別,在赤道,你可能繞著一個巨大的圓圈移動,因為地球繞著地軸自轉一周(理論上少於24小時),你如果你在北極,你可能是在一個半徑為零的圓上旋轉。

那麼,一個圓的運動與體重有什麼關係嗎?當你處於圓周運動時,你會加速——這是真的。回想一下你曾經開車繞圈子的時候,當你的車加速時,你一定會感覺身體朝向圓圈中心的推力。一個物體以恆定速度運動時,在一個圓圈上運動的確會產生加速度,這個加速度值指向圓中心,並且隨著速度的增大而增加,但是隨著圓圈半徑的增大而減小。

事實上,相同體重的兩個人分別位於赤道和北極,他們在體重秤上體現的重量數值是不一樣的,在赤道地區會產生一個加速度,通常體重會略輕一些。

當你在赤道地區時,你就像身處向下加速的電梯裡,引力應當大於實際的體重秤指數,從而使合力朝向地球中心,人們站在體重秤上指數會少一些,意味著人們站在赤道會體重輕一些,這可能是你要找到的答案。

兩個體重相同的人分別站在赤道和北極,他們體現的引力作用是完全相同的,但是北極地區的體重秤上顯示指數會更大。我猜測這個問題的「正確答案」是你的體重會在北極更重一些,我希望能夠正確地回答這個問題。

但是這並非是「完美答案」,我越思考這個問題,就越感覺答案的不準確性。我認為有兩個因素可能對該問題產生影響,首先,地球不是球形的,相反,它是一個扁球體,意味著地球赤道的周長大於兩極之間的周長,地球就像一個被輕微壓扁的球體。地球的非球面性質意味著引力場(真實的重量數值)在極地和赤道是不相同的。

其次第二個因素是地球不具有均衡密度,這意味著地球上不同位置的引力場是不相同的,當然這個變化差異很小,但是該差異仍然存在。如果你在山區,由於該區域密度大於地球普通密度,體重也會有所不同。

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