【物理常见问题】-[版权所有]

Don Koks,2014年。


什么是体重?

在日常用语中,体重是一种在我们的肌肉被要求时会引起肌肉紧张的东西支撑我们的身体。这也可能是我们的感觉感觉当我们的身体下垂时。这并不是说当我们疲倦时会感到紧张。我们的意思是,在从某种意义上说,是指我们身体的质量。物理学从体重和然后在数学上和物理上对其进行锐化,使其变得明确和可量化。

但在那一点上,物理学家们分成了两个阵营,我将呼叫“联络营”和“毫克营地”。联络营地(包括我)保留了重量的日常含义,并对其进行量化,以始终符合非物理定性概念重量是多少毫克Camp定义重量的方式只符合非物理概念在特殊情况下的重量。我将依次描述这些定义。



接触营对重量的定义

(与日常意义一致)

每当我们“感觉到”自己的体重时,我们总是会接触到另一个表面。那个表面可能无论是地面、椅子还是倾斜的宇航员座椅,我们都可能坐在海滩上或加速在火箭上。这启发了Contact Camp对重量的定义,即“物体的重量是在任何情况下,支撑它的物体对它施加的接触力。“您的体重定义如下方法是用一套普通的秤在你和推着的东西之间测量你(通常是地面)。当你站在地球上时,你的体重不会相当于地球引力除非你站在北极或南极。

在左图中,地球拉动质量有一股力量毫克,表支持接触力标记为“重量”的质量。应用牛顿“F=毫安“给你

毫克−重量=×加速度。
我们在太阳系几乎完全惯性系中应用牛顿定律,如果质量为不是在地球的两极之一,它肯定会随着地球的转动而稍微加速。所以它的重量不完全相等毫克.

这种关于体重的观点认识到,使我们“下垂”的原因是有东西在推动我们的身体。我们没有如果没有什么东西压在我们身上,那就下垂;下垂的发生是因为,例如,地面推动我们的脚,而这种推动是通过我们的身体进行沟通,对我们的关节和肌肉施加压力,以至于我们必须施加一些肌肉力量保持我们的姿势:我们感觉很沉重。这个接触力取决于你的运动状态。当你跌倒时自由-对我们人类来说不是一种常见的经历-你没有接触任何东西,因此你没有感知重量;你没有感到下垂。如果你试图站在一组与你一起下降的天平上,你将无法按下与它们相对,所以它们的读数为零,这正是你在失重时所期望的。

在另一个极端,如果你是一名宇航员,躺在一个高加速度的火箭上对你施加的力和你必须做出的支撑身体的努力(例如,保持正确的呼吸)增加这将再次显示在你和你的座位之间的一组天平上。  The联络营会说,你看到的宇航员漂浮在航天飞机上或被拴在哈勃望远镜外望远镜是失重的,宇航员在火箭发射期间努力保持思维清晰他们的体重大大增加了。物体的重量是总是正确测量通过放置在物体和支撑面之间的一组刻度。我们当然可以把刻度在不同的地方,但如果我们放置它们以读取可能的最大值,那么最大值值将是对象的重量。


这个毫克Camp对重量的定义

(与日常意义不同)

一些物理学家将物体的重量定义为重力,与任何物体无关else:他们的定义是“物体的重量等于其质量乘以由于重力。“重量的概念与物体的运动状态无关,不考虑任何接触力。是的相当于你现在的沉重感坐在椅子上读这篇文章,除非你坐在北极或南极。物理学家使用这个重量的定义将接触力称为“表观重量”。他们会这么说的当你自由落体时,你的体重与坐在椅子上时一样大,尽管它们会增加体重自由落体时你的表观重量为零。他们会说宇航员在太空中漂浮航天飞机或拴在哈勃望远镜外的航天飞机的重量几乎与它们在地球上的重量相同(略轻作为略低于地球表面400公里),但其表观重量为零。而且他们会说,在火箭发射过程中,宇航员努力保持思维的正确性他们的体重和在家里厨房时一样,但他们的表观体重增加了。

在左图中,地球拉动质量具有“重量”的力(通常等于毫克),表中用标有“表观重量”的接触力支撑质量。 应用牛顿“F=毫安“给你

重量(即。毫克)−表观重量=×加速度。
如前所述,加速度是在惯性系中测量的。当地球转动时,这个加速度如果物体不在两极,则为零,因此其重量不完全等于其外观重量重量。

这个毫克Camp对重量的定义仅与非物理的重量概念相匹配质量位于重力场中,但在惯性系中不被加速。这方面的一个例子是地球两极之一的质量。




哪个定义更有用?

物理学有时会以不同于日常用法的方式重新定义常用词。一个一个明显的例子是“工作”:当你手里拿着一个物体时,你对它不做任何(物理)工作,但你的手臂显然很累了。你的肌肉系统当然在工作,但这项工作已经完成了内部且未完成对象。所以物理学有做功的概念因为这个想法在力学中很有用。定义并不多比实际情况更糟;问“哪种体重定义是正确的,或者更正确?”是没有意义的。 相反,我们只能问“哪个定义更重要有用的?”。

考虑到保留日常使用的“重量”或重新定义它的选择,什么是最好的方法? 我认为,如果没有任何有用的理由来重新定义一个单词,那么我们就不应该这样做,尤其是当这个单词已经自古以来就属于公共领域。这就是为什么我在接触营,因为我找不到抛弃“重量”这一普遍理解的含义的有用理由。事实上,物理学家发现这很难通过一种有时相同的语言向非物理学家充分传达他们的想法;我们也必须如此仅仅为了重新定义而重新定义不需要重新定义的常用单词?

下面是一个示例,说明毫克坎普对体重的定义甚至会让这个阵营感到困惑,更不用说了其他人。想想韦德纳和塞尔斯优秀的三本本科物理教科书。在他们的第一卷(第二版)中,他们以一种将重量直接放在毫克营地。在第8-5节中,他们讨论了这样一个事实:宇宙飞船具有引力:毫克他们之前定义为他的体重。但是自从我们都知道宇航员在太空舱内漂浮,作者补充道“宇航员的经历现在他们把自己画到了一个角落里,觉得有义务写作“自相矛盾的是,一个物体经历明显失重的唯一时间是当作用于它的唯一力就是它的重量!“显然毫克坎普对重量的定义使它宣告了一个悖论在这种简单的情况下。相比之下,联络营对宇航员没有任何问题。他是重量轻,纯净而简单。

另一个值得思考的问题是,这两种重量定义如何与爱因斯坦的理论相吻合重力。爱因斯坦的理论对观察者的测量值进行了定量比较在远离重力的加速火箭内部与重力中非加速观测者的内部字段。联络营会说,两位观察家都感到很累,所以这个营没有问题进行爱因斯坦所要求的比较。相比之下毫克Camp会说火箭观测者并没有重量(因为火箭中并没有重力:0),并且观察者重力场确实有重量(因为在那里不为零。)坚持体验火箭观测器是“明显的”,而重力场中观测器的是真实的,这与相对性原理。是的毫克Camp将表示,两位观察员都有一个显然的重量;但因为它们区分了表观重量和毫克,他们已经转移了注意力爱因斯坦真正要解决的问题是:重力,.

以下是两个思维实验,可以帮助你区分体重和自己决定你想去哪一个营地。(但要记住,正如谢尔登·库珀所说,那里有只有一个正确答案。)

想象一下,有一种现象发生了,使地球自转越来越快。最终它开始旋转很快,任何固定在赤道上的物体都以接近地球表面圆轨道上物体的速度移动,大约为8公里/秒。如果你被安置在这个赤道的地面上,你身上的重力将提供准确的向心力,使你在太阳系惯性系框架内保持圆周运动,因此地面不会向上推你。你会浮起来的!离赤道稍远一点,你就会发现自己只是决定于地面上,仅在一组称重秤上略微记录非零读数。现在离赤道(你必须推动某物,或发射一枚小火箭才能移动),那里的地面移动速度稍低在惯性系中小于8公里/秒,随着距离的增加,你的浮力越来越小。没有人会在在赤道,你会感到身体完全没有下垂感,还有一种惊人的漂浮能力。你能描述一下吗你对赤道地区体重(缺乏)的感知是真实的(接触营)还是明显的(毫克营地)?什么是所以“显然地失重“就像一个飘浮的圣人?那是什么?”显然地发现自己离赤道越远,下垂得越厉害?

在第二次思考实验中,让自己坐在土星五号火箭的座位上,准备升空月亮。或者,你最好放置你自己坐在那个斜靠的座位上,因为当那五个人底座上的巨大喷嘴亮起,整个机组为接下来的两分钟,你们会被用力推回座位,我相信你们会想你的体重突然增加一点也不明显!

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