在没有重力的太空中,天文学家是怎样测量到太阳比地球重33万倍?

本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。

如果因为没有来自地球的引力在太空没有重量,我们如何知道太阳的重量是地球的33万倍?

好吧,问题的三个部分都暴露了误解,让我们解开这个问题。

第一,这并不是说你在太空中没有重量。当你现在在太空中,自由落体时是失重的。国际空间站的宇航员们在做自由落体运动。因为他们和他们的飞船以同样的速度下落,所以飞船不会挤压他们的脚,也不会产生重量感。

第二,这并不是说没有来自地球的引力——肯定有来自地球的引力。如果没有,宇航员就不会在轨道上。正是引力使它们得以绕地球运行。月球离地球的距离是国际空间站离地球的距离的一千倍,月球当然受到来自地球的引力。如果不是,它就不会绕地球运行。

第三,这并不是说太阳的重量是地球的33万倍。它的质量相当于33万个地球的质量总和。质量是一种不受引力影响的性质。重量等于质量乘以重力加速度。

重力是质量存在的结果。由于质量大,地球在其附近产生重力加速度,使物体朝着地球质心的方向加速。这种加速度随着距离的增加而减弱,但正如月球所示,它并没有消失。

太阳的质量比地球大得多,在其附近产生更大的引力加速度——足以使强大的木星被困在围绕太阳的轨道上。

问题是在地球上,我们认为重量和质量是一样的。他们不是!这种区别在太空中非常重要。一旦你明白了两者的区别,你的问题的答案就很简单了。

质量是每个物体都具有的性质。宇宙中的任何地方都是一样的。我们用千克(或克等)来测量它。美国人常用英镑来计算。

当你漂浮在太空中,想要远离任何主要的引力源,如果你的质量大就会让你很难被推动,你可能需要一个巨大的火箭。如果你只有一个小质量需要推动,小型火箭可能就足够了。

太阳的质量大约为1989000000000000000000000000000(1.989*10^30)千克。

重量是对物体的引力。在地球上,你的体重就是地球对你的引力有多大。它的单位是牛顿。美国人常用英镑来计算。

如果你漂浮在远离地心引力的地方,谈论你的体重就毫无意义了。也许地球正轻轻地牵引着你?但是木星、太阳、你左边的另一颗恒星也是如此……很多东西都在轻轻地牵引着你。因此,你可以说你是“失重的”。

但是你仍然有质量!

因为我们在地球上有一些坏习惯。

我们说着粗话,我们用手拉着变速杆开车,我们有时穿着睡衣度过几天。是的,我们经常把重量等同于质量。

事实上,我们都会这样做,即使你是量子物理学家。想想有多少次我们讨论汽车、拳击手或一袋糖的重量时都使用克,磅,吨等来表示这些答案呢?

上述问题的答案始于这样一个事实,即质量和重量的概念,在科学术语中,是两个非常不同的概念。让我解释一下。

向量和标量

简而言之,标量是固定值,而向量具有方向分量。

噢,是的。速率和速度也不是一回事

来自:标量和向量

质量和重量

质量是用质量单位(克、盎司、磅、公斤、吨等)表示的标量,这个值不变。如果你的质量是70kg(大约145磅),那么你在地球上、月球上、木星上、太空中、太阳表面和黑洞的中心都有这个质量;70千克的物体到处都是70千克。

另一方面,重量是一个矢量;它是力和方向的单位。它以力的单位表示,最常见的单位是牛顿。是的,是的,这意味着我们都做错了。我们大多数人都知道,重力是质量和加速度的乘积。决定我们的体重在地球上,这将是我们的质量(再次使用我们微弱的70公斤质量)乘以重力常数(在地球上约9.81),你会得到一个总686.7牛顿的力施加到地球表面。每次你站起来的时候,你至少要产生这么大的向上的力,否则你就会摔倒在地。

如果你在月球上,引力常数比地球小六倍,你在月球上的重量将比在地球上轻六倍(约114牛顿)。实际上,这意味着你将需要小六倍的力量来站起来,你会感到比地球轻六倍。这一现象适用于任何天体,只要你所处的天体质量比地球小。

在木星这样的天体上,情况正好相反。木星比地球重得多,它的引力常数大约是地球引力常数的2.4倍,因此你将在行星表面施加大约1650牛顿的力。因此,你需要1650牛的力才能站起来,这样你会感觉更重。

漂浮在太空中,你不施加(或几乎不施加)力,因此你感到失重。

这个问题的答案是,太阳的质量是一个标量——不管它在宇宙的什么地方——但是你的重量很大程度上取决于你的位置。

为什么我们要这么做呢?为什么我们在地球上经常交换使用“质量”和“重量”的概念?为什么要把标量和向量混淆呢?答案是,无论出于什么目的,对于外行人来说,它们是一样的。它现在是我们语言的一部分,尽管它在科学上是不准确的。当有人问你一袋米的重量,一个职业拳击手或一个海运集装箱的重量时,他们的意思是他们需要这个物体的质量。

这个故事的寓意就是在物理学中,一定要弄清楚哪些术语是适用的。

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3.quora-J.Smiley

如有相关内容侵权,请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处

发表评论
留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码:

相关文章

推荐文章

'); })();