为什么问“你有多重”是不正确的?淘汰物理差生

Aleksandr Shitik
Aleksandr Shitik

我撰写自己的文章和书籍,并评论电影和书籍。 在宇宙学与天文学、IT、效率与规划方面的专家。

经常会听到一句话:“你的体重是多少?”让我们来分析一下,这句话有什么问题,为什么它显得非常奇怪。单从这句话本身来说,没有什么奇怪的地方,当然,除非它是由物理老师问的。但大多数情况下,这句话是由普通人说的,他们理解的“体重”完全不同。当然,他们指的是“质量”。但必须明白,质量和体重是两个不同的概念。物体的质量是一个标量,用千克(kg)来衡量。这个参数(质量)取决于物体中所含的物质数量。而“体重”是一个向量,用牛顿(N)来衡量,它依赖于自由落体加速度(g)。物体可以有相同的质量,但重量不同。

这两个概念是相关的,因为体重是通过质量计算得出的。物体的质量在地球上的任何位置都是恒定的,无论是在大气层内还是在其他行星表面。而体重,则根据公式 P = m × g 计算,取决于变量 g(自由落体加速度),g 不仅在不同的行星之间变化,甚至在地球上不同地点也会变化。在地球表面,自由落体加速度 g 从赤道上的 9.780 m/s² 到极地上的 9.82 m/s² 不等。如前所述,g 不仅可以用米每秒平方(m/s²)表示,也可以用牛顿除以千克来表示。在这种情况下,为了简化计算,可以将地球上的 g 取近似值为 10 N/kg。随着高度增加,自由落体加速度会减小。这是因为地核与物体之间的距离变大,引力也随之减弱。这意味着,即使在飞机上,你的体重也会比在地面上略轻,但你的质量保持不变。看看在不同高度,自由落体加速度是如何变化的。

高度(km) g(m/s²)
0 9.8066
1 9.8036
10 9.7759
100 9.505
500 8.45
5000 3.08
10 000 1.50
50 000 0.13
400 000 0.0025

如果在地球及其大气层范围内的变化看起来非常微小,那么我建议你看看在太阳系其他天体上,你的体重会是多少:

  • 地球 – 1 g – 9.80665 m/s²
  • 月球 – 0.165 g – 1.62 m/s²
  • 水星 – 0.38 g – 3.7 m/s²
  • 金星 – 0.906 g – 8.87 m/s²
  • 火星 – 0.378 g – 3.711 m/s²
  • 土星 – 1.065 g – 10.44 m/s²
  • 木星 – 2.442 g – 24.79 m/s²
  • 海王星 – 1.131 g – 11.15 m/s²
  • 天王星 – 0.903 g – 8.87 m/s²
  • 冥王星 – 0.063 g – 0.617 m/s²
  • 木卫一(伊奥)– 0.183 g – 1.796 m/s²
  • 木卫二(欧罗巴)– 0.134 g – 1.315 m/s²
  • 木卫三(甘尼美德)– 0.146 g – 1.428 m/s²
  • 木卫四(卡利斯托)– 0.126 g – 1.235 m/s²
  • 太阳 – 27.85 g – 274.0 m/s²

有了这些数据,让我们计算一个质量为70公斤的人的“体重”:
在火星上,他的“体重”大约是 70 × 0.378 ≈ 26.46 公斤
在金星上:70 × 0.906 ≈ 63.42 公斤
在木星上:70 × 2.442 ≈ 170.94 公斤
在月球上:70 × 0.165 ≈ 11.55 公斤

希望这篇内容对你有所帮助,让你明白,人们通常所说的“体重”,并不是指人在某一点对地面施加的力,而是指他的“质量”。否则,不要惊讶,你得到的答案可能不是以千克为单位,而是以牛顿为单位,而且数字也远远不是你预期的。

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