减肥,这个当代的热门话题,其实隐藏了许多关于重量与质量的科学秘密。当我们谈论体重时,我们其实是在谈论人体的重量,而不是质量。质量是物体固有的特性,但在地球引力场中,它表现为一种力,我们称之为重量。想象一下牛顿的第二定律F=ma,这里的F是力,也叫重力或重量,m是质量,而a是重力加速度。在地球上,这个加速度是9.8米每秒平方。可见重量与质量并非同一概念。
当你站在磅秤上,显示的数字是你的重量,单位是公斤。但如果你把磅秤带到月球上,显示的体重会大不相同,只有地球上的六分之一。这是因为月球的引力场发生了变化。根据牛顿的万有引力定律,引力F与月球和人体质量的乘积成正比。简而言之,质量不变,但重量是可以变化的。
我们生活在地球上,感受不到“失重”的状态。人体的重力与地面给予的弹力相互抵消,我们处于力平衡状态。这种平衡状态对我们的生理运动、血液循环和新陈代谢都非常适应。对于宇航员来说,他们在太空舱里的经历就完全不同了。处于失重状态,他们会感受到一种“飘”起来的感觉。这是因为他们随太空舱绕地球做圆周运动,地球引力导致方向不断变化,除了引力(重量)外,还有做圆周运动产生的离心力。这两种力的相互抵消让他们感受到失重。
物理学里的伽利略比萨斜塔实验告诉我们,人的主观臆测往往是不可靠的。质量大小不同的铁球从塔顶自由落体,并不是重的先落地,轻的后落地,而是同时落地。当我们把牛顿第二定律和万有引力定律联系起来,我们看到物体在引力场中做自由落体运动与它们的质量无关。
从高空坠落的过程中,人的速度会越来越快,每秒钟增加9.8米/秒平方。跳伞者在开伞之前会经历一小段时间的自由落体,然后减速。在这个过程中,压力的增加会把鼻窦和耳朵里的空气挤压出来,导致耳朵和鼻窦疼痛、眩晕、头痛和恶心的感觉。未经严格训练的话,这个过程是非常危险的。
宇航员在太空中因为失重会面临肌肉萎缩、钙流失等问题。他们必须坚持在舱中锻炼,返回地面后需要长时间调理和恢复。需要注意的是,自由落体中的物体是速度大小的改变,这时如果忽略空气阻力,悬在空中的物体受到的力是唯一的重力。而太空失重则是速度方向的改变,因为重力与离心力相互抵消。
生活中有许多似是而非的说法,如果不进行深入的科学考察,很容易人云亦云,以讹传讹。这也是为什么需要科普的原因。希望大家能够对重量和质量有更深入的了解。流产网(注:此处可能是笔误)希望对大家有所帮助。