物体的质量是如何计算的？
质量是物理物体的一种属性，也是衡量物体对加速度抵抗程度的指标。人们可以把一个物体的质量看作是组成该物体的物理“物质”的量。
与位置、速度或势能等关系属性不同，质量是一个物体独立于其与其他物体的关系而具有的内在属性，这些关系属性总是必须相对于另一个物体或参考点来定义。一个物体的质量可以用几种不同的方法计算:
- 质量=密度×体积(m =ρV)。密度是单位体积的质量，所以物体的质量可以通过密度乘以体积来确定。
- 质量=力÷加速度(m = F / a)。根据牛顿第二定律(F=ma)，物体的加速度与作用于它的力成正比。因此，施加恒定力所产生的加速度与质量成反比。
- 质量=重量÷重力加速度(m = W / g)。重量是引力场中质量加速度的乘积。根据重力加速度的大小，重量会有所不同。
这三个公式都是确定物体质量的一种方法。由于质量是一种基本性质，所以它不是用其他单位来定义的，比如牛顿(N)的焦耳(J)。还有其他方法来计算一个物体的质量，但这三个公式是最常见的。
m=ρV
m=W/g
m=F/a
单位的质量si认可的质量单位为千克(Kg)。千克是国际单位制中唯一带有前缀的单位(千克-)。最初，一公斤的定义是一立方分升(dL)的水在其熔点的质量。1889年，千克被重新定义为国际千克原型(IPK)的质量，IPK是一种物理工艺品，用来作为千克的通用参考质量。最初IPK是由铸铁制成的重量。目前，公认的IPK是由一种特殊的铂合金制成的39毫米高的圆柱体。
Words, too, have genuine substance – mass and weight and specific gravity.” — Tim O’Brien
截至2018年，公斤是唯一一个以物理对象作为参考值的国际单位制单位。所有其他的国际单位制单位都被重新定义为基本的物理常数，比如光速或普朗克常数。2018年11月，重量和计量大会(GCPM)投票决定从基本物理常数的角度重新定义千克，这一改变将于2019年5月20日生效。
计算质量的方法从密度和体积
物体的密度，有时用希腊字母ρ表示，是单位体积的质量度量。本质上，密度告诉你一个物体的质量有多紧密。物体密度越大，单位体积的质量就越大。
例如，在标准温度和压力下，水的密度为977千克/立方米。也就是说，一立方米水的质量是977千克。如果我们知道一种物质的密度和体积，我们也可以算出这种物质的质量。假设我们有一个0.7立方米的水样本。样本的质量是多少？
m=ρV
m=(0.7m3)(977kg/m3) = 683 kg
0.7立方米的水在标准温度和压力下的质量是683千克。
有些物体的密度非常大。例如，一颗中子星的平均密度是1.1 × 1018千克/立方米。一茶匙中子星在地球上的重量约为1亿吨。
从力和加速度“Mass becomes immobile; it cannot manoeuvre and therefore cannot win victories, it can only crush by sheer weight.” — Hans Von Seeck
质量的性质也被理解为测量一个物理物体在外力作用下加速时的阻力。这个质量的概念有时被称为惯性质量。惯性是一个运动物体保持恒定运动状态的趋势，所以惯性质量是一个物体有多少惯性以及改变其运动状态有多困难的度量。质量、力和加速度之间的关系由牛顿第二运动定律F=ma表示。这个数学关系告诉我们，在恒定的力面前，质量越大的物体加速越慢。通过测量作用在物体上的力和测量观测到的加速度，我们可以计算出物体的质量。
例如，假设我们对一个金属立方体施加748牛的力，我们测量它的加速度为21m/s2。这个金属立方体的质量是多少?我们可以用力的大小除以加速度的大小来计算质量
m=F/a
m=(748N)/(21m/s2) ≈ 35.62 kg
所以我们知道这个金属立方体的质量一定是35.62千克。
从重量严格地说，重量和质量是两个不同的东西。在英语中，“重量”和“质量”是同义词，但它们在物理科学中有不同的含义。质量是一个不变的属性，不会因位置而改变。重量是作用在一个大质量物体上的引力场强度的量度。由于引力场强度是不同的，也就是说，月球的引力场强度比地球弱，物体的重量在不同的环境中也会不同。
质量和重量之间的关系由W = mg给出，其中g是重力加速度的测量值。g的准确值随位置的不同而不同。在地球上，g的值约为9.81 m/s2，而在月球上，g约为1.6 m/s2。表达式W=mg以牛顿表示重量，而日常对重量的理解是以磅(磅)表示的，从牛顿到磅的换算率约为1 N=0.22磅。
例如，在g=9.81 m/s2的地球表面，一个50公斤的物体的重量是:
W=(50kg)(9.81m/s2)=490.5N
同样地，如果我们知道一个物体的重量，我们就可以反过来算出它的质量。假设一个物体在地球上重180磅，我们可以这样计算物体的质量:
180lbs(1N/0.22lbs)=818.18N
818.18N=m(9.81m/s2)
m=818.18N/(9.81m/s2)≈83.4 kg
所以一个180磅重的物体在地球上的质量大约是84.3千克。
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2024-10-13 广告
