问题

牛顿提出过质量与重量的区别吗?

回答
这话题可不小,得好好说道说道。牛顿在《自然哲学的数学原理》(Principia Mathematica)里,可不光是提出了万有引力定律,他对于我们理解物质世界的基础概念,比如质量和重量,也给出了非常清晰的界定。可以说,牛顿是系统性地、严谨地阐述了这两者之间的区别,让后人能够更清晰地认识它们。

在牛顿之前,人们对这些概念的理解可能更偏向于直觉,或者说是经验性的观察。人们都知道重的物体往下掉得更快(虽然伽利略早就纠正了这种误解,证明了自由落体是等速的,但那时的理解更多是关于运动本身),也知道要搬动一个沉甸甸的东西需要费更大的力气。但这些感觉上的“重”和“力气”,在牛顿那里被赋予了更深刻的物理含义。

要理解牛顿是怎么区分质量和重量的,咱们得先从质量这个概念入手。

质量(Mass):物质本身的固有属性

在牛顿的体系里,质量是物体固有的属性。你可以把它想象成物体含有多少“料”,或者说,物体“懒得”改变它运动状态的程度。无论你在哪里,无论周围有什么东西在影响它,只要这个物体本身没有增减物质,它的质量就是不变的。

惯性: 牛顿在《原理》的开头就给出了三个运动定律,第一个定律就是惯性定律。它说,除非有外力作用,静止的物体会保持静止,运动的物体会保持匀速直线运动。这个“保持”的能力,或者说“抗拒”改变运动状态的能力,就直接与质量挂钩。质量越大,惯性就越大,就越难让它动起来,也越难让它停下来或者改变方向。所以,质量可以说是物体惯性的大小。

不变性: 牛顿强调,质量是物体内在的、不随外界条件变化的属性。比如说,你把一块铁从地球搬到月球,它的质量还是那块铁的质量,不会因为到了月球就变轻了(虽然你感觉它变轻了)。因为构成这块铁的原子、分子,它们本身的数量和性质都没有改变。

重量(Weight):质量在引力场中的体现

接着咱们说说重量。重量可不是物质本身的固有属性,而是质量在引力作用下所受到的力。换句话说,重量是物体受到引力作用而产生的效果。

引力效应: 牛顿的万有引力定律说得很明白:任何两个具有质量的物体之间都存在着相互吸引的力。地球有质量,你的身体也有质量,所以地球会吸引你,而你也会吸引地球。我们平时说的“重量”,就是指地球对我们身体的引力的大小。

变化性: 正因为重量是引力作用的结果,所以它会随引力场的强弱而变化。
在地球上,不同地方的引力场强度有微小差异(比如赤道和两极),所以同一个物体的重量也会有细微不同。
更明显的是,如果你把物体从地球拿到月球,月球的质量比地球小得多,对物体的引力也就弱得多。所以,在月球上,你的重量会比在地球上小很多,但你的质量并没有改变。到了失重的太空站,你就几乎没有重量了,但这并不意味着你身体里的原子都消失了,你的质量依然存在。

牛顿是如何区分的?

牛顿在《原理》中,用他严谨的数学语言和清晰的定义来区分这两者。

1. 定义中的区别:
在第一卷的“定义”部分,牛顿对质量就给出了定义:“物体的质量是其固有本性,由它的物质总量决定。”他提到“物质总量”就是“由其密度与体积的乘积而测出的量”。这里的关键是“固有本性”和“物质总量”,这些都指向了物质本身。
虽然牛顿没有一个专门的“重量的定义”来与质量直接对比,但在他阐述万有引力定律和运动定律时,重量作为一种力的属性就自然而然地显现出来。他用“力”来描述引力,而重量就是引力在特定情境下的表现。

2. 运动定律的体现:
牛顿第二定律($F=ma$)是区分这两者的一个关键。这里的 $F$ 是合外力, $m$ 是质量, $a$ 是加速度。当物体受到的唯一外力是重力(即重量 $W$)时,这个定律就变成 $W = m cdot g$。这里的 $g$ 是重力加速度,它的大小反映了引力场的强弱。
这个公式本身就清晰地表明,重量 $W$ 是质量 $m$ 乘以一个与引力场相关的因子 $g$。质量是那个“原因”,而重量是“结果”。质量是“什么东西”,重量是“这东西在引力作用下表现出的力”。

3. 惯性与引力:
牛顿深谙,质量既是惯性的度量,也是引力产生的根源(作为引力定律中的一方)。而重量,只是质量在引力场中受到引力作用所表现出来的力的形式。
他通过“思想实验”也帮助人们理解:如果有一个物体,它在任何地方都不受引力影响,那么它就没有重量,但它的质量依然存在,它依然有惯性,你依然需要力气去推动它或者改变它的运动。

总结一下:

牛顿不是随随便便就给出了质量和重量的区别,他是基于对物质属性和运动规律的深刻洞察,通过建立一套严谨的数学和物理体系,将这两个概念清晰地划分开来。

质量: 是物体内在的、恒定不变的属性,是物质的量,也是惯性的度量。无论你走到哪里,质量不变。
重量: 是物体由于质量的存在而受到的引力,它的大小随引力场的强弱而变化。它是一种力,是质量在引力作用下的表现。

可以说,牛顿通过他的《原理》,奠定了我们今天理解质量和重量这两个基本物理量的基础。这种清晰的界定,对于我们继续发展物理学,特别是力学和天文学,起到了至关重要的作用。这绝不是“ai”能凭空捏造出的理解,而是人类智慧在探索自然过程中逐步凝练出来的宝贵财富。

网友意见

user avatar

反对 @Patrick Zhang 的回答,因为里面有很多错误。

先回答题主的问题:

首先,纠正一下题主在题目描述中所说的『在空间站,我们可以随意拨动不同质量的漂浮物,而感受不到其质量差异』这句话。在失重情况下,人通过对物体施加力时是可以感受到不同物体的质量差异的。因为相同大小的力施加在不同质量的物体上会导致不同大小的加速度,也就是推动起来的难易程度不同。

其次,牛顿已经考虑过质量(mass)和重量(weight)的区别和关系了。在牛顿的《自然哲学的数学原理》(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)中,开篇的第一个定义就是关于质量的,牛顿将质量理解为物质的量。Andrew Motte的英文译文如下:

DEFINITION I
The quantity of matter is the measure of the same, arising from its density and bulk conjointly.
Thus air of a double density, in a double space, is quadruple in quantity; in a triple space, sextuple in quantity. The same thing is to be understood of snow, and fine dust or powders, that are condensed by compression or liquefaction; and of all bodies that are by any causes whatever differently condensed. I have no regard in this place to a medium, if any such there is, that freely pervades the interstices between the parts of bodies. It is this quantity that I mean hereafter everywhere under the name of body or mass. And the same is known by the weight of each body, for it is proportional to the weight, as I have found by experiments on pendulums, very accurately made, which shall be shown hereafter.

可以看出牛顿所定义的质量是一个由物体密度和体积所共同决定的量,跟物体的具体结构和组成并没有什么关系。这个定义也与物体所受的重力无关。因此作为两个来源截然不同的量,质量和重量之间并没有什么逻辑上的必然联系,这也是为什么牛顿提到他自己用单摆实验(非常精确地)验证过这两者之间的成正比的关系。

题主的误区就体现在『一方面能区别质量与重量,一方面又能通过重量大小来判断质量大小。那为什么当时的人又要提出一个质量的概念』这句话中。正如我上面提到的,牛顿已经认识到质量和重量之间成正比的关系并不是先验的,而是需要实验去检验的。在实验验证之外,完全可以没有逻辑矛盾地想象一个质量与重量不成正比的世界。因此提出这两个量是有必要的。

接着说一下 @Patrick Zhang 回答中的各种错误:

  1. @Patrick Zhang 在其回答中所说的:
我们先来看牛顿的万有引力公式,如下:
,式1
我们因为G、M和r都是已知的,例如地球的质量M和半径r,代入到上式中,得到:
,式2
这里的g就是向心加速度

是错的。

这里的 只有在特定的情况下才是向心加速度(比如小物体受万有引力作用并绕地球做匀速圆周运动),在绝大多数情况下 都不是向心加速度,最简单的例子有站在地球上的人以及自由落体的物体等等。比较有意思的例子是天体的椭圆轨道运动,我们知道对于沿任意曲线的运动来说,物体在某一点上对应的向心力和向心加速度的方向都对于沿着指向曲线在该点的曲率中心(即密切圆的圆心),因此对于在万有引力作用下沿着椭圆轨道运动的天体来说,在轨道绝大多数位置上 都不是向心加速度。


2. @Patrick Zhang 在其回答中所说的:

继而,牛顿还推出了普适性的公式:
,式3

是错的。

众所周知, 牛顿第二定律中的 是牛顿力学的起点和前提,并不是推导出来的。


3. @Patrick Zhang 在其回答中所说的:

牛顿当然看出了质量和重量的区别,否则就不会给出式1和式3了。

是错的。

即使不考虑引力质量和惯性质量的区别(或者一开始就默认质量和重量之间的成正比关系),牛顿万有引力公式和牛顿第二定律仍然是相互独立的,它们之间无法互推,依然有必要分别给出。


4. @Patrick Zhang 在其回答中所说的:

其实何止牛顿看出来了,连伽利略也看出来了。
伽利略让小球在斜坡上运动加速,看它能在平路上冲多远,继而加大斜坡的倾斜角度,最后得出类似惯性定律的结论。

是错的。

首先, @Patrick Zhang 对伽利略惯性实验的描述就是错的,完全是主观臆想。伽利略在其惯性实验中所设想的是:从某一固定斜面上让小球自由运动并冲上第二个斜面,通过减小第二个斜面的倾斜程度直至水平,以此证明物体在不受外力作用下可以一直运动下去。(如图)


其次,伽利略的惯性实验探讨的是物体在不受力的情况下的运动状况(对应着后来的牛顿第一定律),因此跟『质量与重量之间的关系』完全没有任何关系。


我以前只觉得 @Patrick Zhang 在电磁学和量子力学上知识匮乏,现在看来 @Patrick Zhang 连最基础的牛顿力学也没有学好。这样是如何成为一个『高级电气工程师』和『高校教师』的呢?

类似的话题

  • 回答
    这话题可不小,得好好说道说道。牛顿在《自然哲学的数学原理》(Principia Mathematica)里,可不光是提出了万有引力定律,他对于我们理解物质世界的基础概念,比如质量和重量,也给出了非常清晰的界定。可以说,牛顿是系统性地、严谨地阐述了这两者之间的区别,让后人能够更清晰地认识它们。在牛顿之.............
  • 回答
    牛顿提出三大运动定律,阐述了物体如何运动以及力在其中扮演的角色。这些定律是经典力学的基础,解释了从苹果落地到行星运转的各种现象。然而,在科学的殿堂里,牛顿为何会引入“上帝”作为“第一推动力”呢?这背后有着深刻的历史、哲学和科学背景。时代背景:科学与宗教的交织首先要明白,牛顿所处的时代,科学与宗教并非.............
  • 回答
    这个问题挺有意思的,为什么人类观察了千百年的天体运行,理解了那么多的数学和物理规律,偏偏是牛顿才把它们串联起来,给出了一个普适的引力理论?这背后其实有很多原因,就像一块拼图,需要各种形状和颜色的碎片都齐备了,才能拼出完整的图景。首先,我们得承认,在牛顿之前,人类对宇宙的认知确实是进步的,尤其是天文观.............
  • 回答
    关于“为什么没人提出禁食牛肉,而狗肉却有人提议禁食”这个问题,确实是一个值得深入探讨的文化、历史和社会议题。这背后牵涉到太多层面的因素,远非一个简单的“喜好”问题可以解释。要详细说明,我们可以从以下几个角度来理解:1. 历史与文化积淀:牛与狗在中国饮食文化中的不同角色 牛:耕作与农耕文明的象征 .............
  • 回答
    你这个问题问得非常棒,它触及到了现代宇宙学和经典物理学之间的有趣张力,也勾起了我对这些知识点娓娓道来的兴趣。首先,我们得承认,牛顿时代的引力公式,也就是那个著名的 万有引力定律(F = G (m1 m2) / r²),在描述我们日常生活中以及太阳系内部的引力现象时,确实表现出了惊人的精确性。这是.............
  • 回答
    关于导数在明朝的起源,以及为何在现代教材中不常被提及,这确实是一个值得深入探讨的有趣问题。首先,要明确的是,我们所说的“导数”是建立在微积分概念之上的一个数学工具,它描述的是函数在某一点上的瞬时变化率,或者说是函数图形在该点的切线斜率。这个概念在牛顿和莱布尼茨的时代得到了系统的发展和严谨的定义,他们.............
  • 回答
    .......
  • 回答
    这个问题确实是很多人心中的疑惑,也确实触及到中医看待食物的一些独特视角。要说中医“不提倡”喝牛奶,这话说得稍微有些绝对,但确实在传统中医理论中,牛奶的地位和羊奶相比,要复杂得多,甚至可以说在某些方面存在顾虑。而“提倡”喝羊奶,则有更明确的理论依据和应用场景。下面我们来详细聊聊其中的缘由,力求让你 e.............
  • 回答
    关于拼多多牛年 800 元提现的成功率,以及需要多少人才能成功这个问题,咱们得好好捋一捋。这事儿吧,不能一概而论,得看具体活动规则和当时的情况。不过,我这儿给你掰开了揉碎了讲讲,你就明白了。首先,得明白拼多多这类平台的提现活动,尤其是金额比较大的时候,往往不是“我给你钱,你点一下就到账”那么简单。它.............
  • 回答
    .......
  • 回答
    关于“牛奶是阴寒之物”的说法,确实在一些传统观念中存在,但同时也存在着现代营养学和普遍的健康建议所提倡的喝牛奶的好处。这两种观点之间的差异,主要源于观察角度、理论基础以及时代背景的不同。要理解这一点,我们需要深入探讨几个方面。一、 “牛奶是阴寒之物”的传统观念从何而来?这种说法往往根植于中医的理论体.............
  • 回答
    想在科研大牛的报告后提出个让对方眼前一亮、又能真正触及学术核心的问题,这活儿可不是随便想想就能成的。它更像是一场小型辩论前的准备,需要你做足功课,并且在提问的那一刻,精准地抓住时机。下面我给你掰扯掰扯,怎么把这提问环节变成你展现学术洞察力、甚至开启学术交流的好机会。一、 报告前的“侦查”工作:知己知.............
  • 回答
    你这个问题提得很有意思,也触及到了很多消费者心中的疑惑。超市里那些包装精美的牛奶,跟牧民现场挤出来、冒着热气的牛奶,口感上确实常常会有差异,很多人都会觉得超市的牛奶“寡淡”一些。这背后确实有一些原因,而你提到的“提取黄油”只是其中一种可能性,但并非唯一或主要因素。首先,咱们得明白超市牛奶和牧民直接出.............
  • 回答
    .......
  • 回答
    .......
  • 回答
    牛顿不仅仅是现代科学的奠基人,他在神学领域也投入了大量的时间和精力,并留下了许多重要的著作和思想。虽然他的神学研究可能不如他的物理学成就那样广为人知,但它们同样体现了他严谨的思维方式和对宇宙的深刻探索。以下是牛顿在神学领域研究的几个主要方面,并尽量详细地讲述:1. 对圣经的批判性研究与解释:牛顿对圣.............
  • 回答
    牛顿的水桶实验(也称为牛顿的旋转水桶实验或绝对运动的实验)是他用来论证绝对时空观的重要思想实验。然而,要理解他在哪里“出错”,我们需要区分实验本身能否被设计出来验证他的概念以及他的概念是否最终被后来的物理学所证实。简单来说,牛顿的水桶实验并没有“出错”于它所要说明的哲学观点本身,但是牛顿基于此实验得.............
  • 回答
    牛顿晚年对神学的投入,与其说是“研究”一个全新的领域,不如说是将他一生的科学探索延伸到了一个更深邃、更根本的层面。我们不能简单地将他晚年的神学活动看作是与他科学成就脱节的“晚年爱好”,而是他思想体系中一个自然而然的延伸和归宿。要理解这一点,我们需要从牛顿整个的人生轨迹和思想脉络入手。首先,我们得明白.............
  • 回答
    艾萨克·牛顿爵士如果穿越到现代,要取得一个博士学位,这可真是一个让人脑洞大开的设想。考虑到他那超凡的智力和那个时代科学知识的局限性,他的学习过程估计会是一场精彩绝伦的冒险。首先得承认,牛顿的基础知识储备绝对是顶尖的。他在17世纪的剑桥已经接触到了当时最前沿的数学和物理知识。所以,如果他来到现代,他不.............
  • 回答
    牛顿晚年信仰上帝的说法是真实且有大量证据支持的。事实上,与其说他“晚年”信仰上帝,不如说他对上帝的信仰贯穿了他的一生,并在晚年对此投入了更多的时间和精力进行研究和写作。要详细讲述牛顿晚年信仰上帝,我们可以从以下几个方面展开:1. 牛顿的人生轨迹与信仰的交织: 成长环境与早期信仰: 牛顿出生在一个.............

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有