質量

来自维基百科
蹦到: 导航搜寻

在日常生活中个“重量”常莊畀用來表示“質量”,但是在科学丄,昰两隻词表示物质弗同个属性。

物理丄,质量通常指物质在以下个三隻实验裏向证明等价个属性之一:

  • 惯性质量
一個物体个惯性质量决定佢受力辰光个加速度(即後者會因前者个改變而改變)。根据牛顿运动第二定律,假设一個质量为个物体受到一個力,那其加速度为:
  • 主动引力质量搭被動引力质量。
一個物体个质量也决定了佢畀引力场影响个程度。假设一個质量为个物体距离别个质量为个物体个距离为,第一個物体受到个引力可以通过所示公式计算:,其中,表示万有引力常数,其值为6.67×10−11 kg−1m3s−2。昰個质量通常畀称为引力质量。[注释 1]

从17世纪以来弗断有得实验证明,惯性质量搭引力质量是等价个,昰条原理在广义相对论裏向畀称为等效原理

狭义相对论证明了物质能量E搭其质量m之间个关系()。根据昰個关系,一個由交關粒子构成个集合体,其质量可能大於也可能小於昰些粒子单独个质量之和。

在地球表面,一個物体个重量与其质量个关系为,其中是地球重力加速度纬度海拔地壳密度分布(如地下矿藏)等个影响,其值一般取9.81 m s-2。一個物体个重量与其所处个环境有关,然而佢个质量却弗然。譬如,一個质量为50kg个物体在地球表面个重量是491N,同样个物体在月球表面衹有81N。

质量个单位[编辑]

国际单位制(International system of units, SI) 中,质量个单位是千克(kilogram, kg)。1千克 = 1000克(gram, g)。

在国际单位制中,还有一些其他个单位也可以使用:

  • (tonne, t), 1t = 1000kg。
  • 电子伏特(electronvolt, eV),电子伏特本来是一個能量单位,但是由於质量与能量个等价,电子伏特也可以作为质量单位。在用作质量单位个辰光,通常写作eV/c2,也可以简写为eV。电子伏特常用在粒子物理学中。
  • 原子质量单位(u), 1原子质量单位定义为碳12原子质量个1/12,大约为1.66×10−27kg。[注释 2]原子质量单位在表达原子搭分子质量个辰光交關方便。

在国际单位制之外,根据上下文,还有交關弗同个质量单位垃拉使用垃壗,比方斯勒格 (slug, sl), (pound, lb),普朗克质量(mp) 像太阳质量(MΘ)。

通常,一個物体个重量与其质量成正比,葛咾两者可以使用同样个单位。然而,在做精确个测量辰光(由於地球表面弗同地方重力场个细微差别),或者在一些遠離地球表面个地方,譬如外太空或其他星球,质量搭重量个差别变得邪大。

质量有个辰光可以用长度来衡量。微小粒子个重量可以用佢康普顿波长(1 cm−1 ≈ 3.52×10−41 kg)个倒数来表示。巨大个恒星搭黑洞个质量可以用史瓦西半径(1 cm ≈ 6.73×1024 kg)来表示。

质量概念搭公式个总结[编辑]

古典力学裏向,质量对於物体个运动有仔决定性个作用。牛顿第二定律给予著物体所受个合F,其质量m加速度a之间个关系:

此外,质量擔物体个动量p动能K速度v联系起来:

在经典力学中,作为物质属性之一个质量是弗变个,然而在狭义相对论裏向,物体个质量随著其运动速度个增加而增加。物体个质量m与其静止质量m0之间个关系为:

其中v是物体个速度,c是真空中个光速

物体个能量E与其质量m之间个关系为:

由於能量与观察者所处参考系有关,因此定义一個对於所有观察者儕一样个质量是邪氣方便个。对於单独个粒子,昰隻值就是佢个静止质量;对於一個有界或无界个粒子系统,箇是值就是系统个弗变质量。一個物体个弗变质量m0搭佢个能量E以及动量模长ρ之间关系为:

其中c是真空中个光速。

与质量有关个现象[编辑]

上图展示五個互相关联个质量个特性以及擔昰些特性联系起来个正比例常数。每一個质量个例子,儕畀认为包含全部个五隻特性,然而,由於巨大个比例系数,通常交關难确认脫两個或者三個以上个属性。 * 史瓦西半径(rs)表示物质弯曲时空个能力。 * 标准引力参数(μ)表示一個物体对其他物体施加牛顿引力个能力。 * 惯性质量(m)表示质量对力个牛顿响应。 * 静止质量(E0)表示质量转换成其他形式能量个能力。 * 康普顿波长(λ)表示质量对局部时空几何个量子响应。

物理学中,人们从至少七隻属性上区分质量个概念,或者说七個可以用质量解释个物理现象:[1]

  • 对於一些特定种类个样本,物质个量 可以由电泳或其他精确过程来测定。样本个精确质量一方面由佢所含个原子或分子个数量搭种类决定,另一方面由佢内部包含个,擔昰些原子或分子结合在一淘个能量决定(昰些能量构成负个“丢失质量”,或者叫做质量赤字)。
  • 惯性质量 衡量当物体受力辰光,佢对於改变其运动状态个抵抗程度。惯性质量可以通过畀物体施加一個力,测量由此导致个加速度而测定。施以同样大小个,惯性质量较小个物体会比惯性质量较大个物体获得更大个加速度。一個质量较大个物体,则話佢有较大个惯性
  • 主动引力质量 是由一個物体个引力通量(引力通量等於引力场在一個封闭表面个面积分)来决定个。测量引力场,可以通过引入一個充分小个“测试物体”(昰個物体应当足够小,弗影响畀测量物体个引力场),令其做自由落体运动,并测量其加速度。比如,一個在月球附近做自由落体运动个物体,与在地球表面相比,会感受到较小个引力场,因此加速度也较小。月球表面个引力场较弱是因为月球个主动引力质量较小。
  • 被動引力质量 通过测量一個物体引力场个交互作用而测得。被動引力质量由物体在引力场中个重量除以佢个加速度而得到。处於相同引力场中个两個物体,加速度是相同个,然而被動引力质量较小个物体比被動引力质量较大个物体受到个更小(即佢个重量较轻)。
  • 根据质能等价个原理,能量也有质量。昰個等价关系畀大量个物理过程所证实,包括正物质反物质粒子对个产生,核聚变以及光个引力红移。在正物质反物质粒子对个产生搭核聚变中,能量搭质量互相转换[注释 3]。在光个引力红移中,纯能量个光子表现出具有被動引力质量个行为。
  • 时空曲率 物质个存在导致个相对论性效应。时空曲率非常微弱,邪难测量。因此,直到爱因斯坦广义相对论中预言以後,纔畀人们发现。精确个原子钟显示,地球表面个辰光流逝个要比太空中个慢。昰种弗同是一种畀称为时间膨胀个曲率。其他形式个曲率也由引力探测B卫星(Gravity Probe B)测量过。
  • 量子质量 显示物体个量子频率搭波数(波长个倒数)个弗同。电子个量子质量,即康普顿波长,可以通过各种形式个光谱学分析测定,佢与里德伯常数玻尔半径以及经典电子半径密切相关。大物体个量子质量可以直接由瓦特平衡测得。

惯性质量、引力质量以及其他各种各样个质量相关现象在概念上完全弗同。然而,迄今为止所有个实验表明,昰些量之间存在正比关系,昰种正比性导致一個抽象个质量概念。假使在将来个某些实验当中发现,某個质量相关现象与其他之间个关系弗是正比,葛末昰個现象将弗会得畀认为是抽象质量概念个一部分。

注释[编辑]

  1. 如果需要区别,则用表示主动引力质量,表示被動引力质量
  2. 因为阿伏伽德罗常数NA畀定义为在12克碳12所包含个原子数目,由此得出1 u是1/(103NA) kg.
  3. 昰個衹不過通俗个说法,事实丄咾质量搭能量并弗能互相转换。

参考文献[编辑]

引用[编辑]

来源[编辑]

书籍

外部链接[编辑]