如果,你爬到珠穆朗瑪峰頂去稱體重,那你肯定會變輕一些,這倒不是因為運動所致。實際上,站在海平面上的人會比站在山頂上的人稍微重一點。這是因為,重量是對物體引力的測量,它會隨著地點的不同而變化。
而質量,則是一種完全不同的野獸,它被證明是極難定義的。雖然,這有點過於簡單化了,但在物理課堂上,學生們被告知,質量表示物體的兩個關鍵特徵:首先是它所包含的物質的數量;第二個是物體抵抗運動狀態變化的能力(我們稱這種現象為「慣性」)。與重量不同,質量是恆定的,無論物體移動到哪裡,質量都是恆定的。
對於質量這個非常重要的概念,多了解一些肯定是沒有壞處的。下面,我們就一起分享5個關於質量的非常有趣的事。
1. 有一個質量單位叫做「Slug(斯勒格)」
這個單位是美國傳統單位制的一部分,也是不太流行的英國帝國制的一部分。對世界上大多數國家來說,首選的質量單位是千克(公斤),其中1千公斤等於1噸。千克(公斤)屬於國際單位制,又稱公制。雖然在很多國家它們是日常用單位,但美國人往往更喜歡依賴美國的習慣單位。
在西方國家,人們還習慣使用「磅」這個單位,然而,磅在技術上算是重量單位。那麼,我們來看看Slug(斯勒格)和這些常用的單位之間的關係吧:1 Slug(斯勒格)= 32.2磅 = 14.6公斤。事實上,Slug(斯勒格)很少出現在日常的應用中,大多數人都並不熟悉這個術語。
2. 發現質量守恆定律的科學家卻被砍了頭
偉大的化學家安託萬-洛朗·德·拉瓦錫(Antoine-Laurent Lavoisier)曾寫道:「在每一次操作中,在操作之前和之後都存在等量的物質。」換句話說,質量既不能創造也不能消滅。這個原理被稱為質量守恆定律。拉瓦錫在18世紀晚期的實驗使這一觀點得到了證實。
在科學研究方面,人們接受了他的發現和研究成果。但波旁王朝包稅官的身份和工作,卻讓他成為法國大革命中被「革命」的對象。1794年,拉瓦錫被送上了斷頭臺,當時他被革命力量指控為「密謀反對法國人民」。
3. 這是有史以來最著名的方程式的一部分
我們所說的,最著名的方程式當然是E = mc2。簡單來說,它表達的是:能量(E)等於質量(m)乘以光速(c)的平方。阿爾伯特·愛因斯坦在1905年9月27日發表的一篇經典論文中,討論了這個等式的反面。順便說一下,他當時只有26歲。
愛因斯坦說:「根據狹義相對論,質量和能量都是同一事物的不同表現形式。對於普通人來說,這是一個有點陌生的概念。」
所以,在所有具有質量的物體中都存在固有的能量。愛因斯坦的突破,解釋了為什麼每個原子的質量都比其組成部分(即組成原子的質子、中子和電子)的質量總和略小。他觀察到的相同的能量/質量關係解釋了原子彈的破壞力。
4. 光由「無質量粒子」組成
光子是光的基本粒子。專家稱它們是「無質量的」。我們會看到,運動物體的速度始終會改變其質量。 因為這會使科學討論複雜化,所以當物理學家談論給定物體或粒子的質量時,他們通常指的是其靜止質量。 基本上,這就是當速度等於零時,其擁有的質量。 中子、質子和電子都具有靜止質量,但是,光子卻沒有! 膠子(另一種亞原子粒子)也不起作用。
5. 地球與月球有共同的「重心」
要知道,地球的質量是月球的81倍!這種差異對它們的關係有著深遠的影響。當你有兩個或兩個以上的天體(像衛星、行星和太陽)互相環繞時,它們實際上是圍繞一個共同的質心旋轉。稱為重心,它的位置取決於參與者。
如果兩個質量完全相同的物體開始繞彼此旋轉,它們的重心將位於它們之間。但是,由於地球比月球大得多,地球-月球的重心居然位於我們地球內部深處。然而,地球仍然繞著它轉,就像月球一樣。
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