慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量

彭之洋

摘 要： 物理作為一門自然科學(xué)，主要研究物質(zhì)質(zhì)量結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的相互運(yùn)動(dòng)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量作為物理課程中的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容，通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，二者之間存在一定的關(guān)聯(lián)性和等效性，本文將對(duì)慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量的一些性質(zhì)進(jìn)行分析和研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：慣性質(zhì)量 引力質(zhì)量 等效性

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）02-0175-01

前言

慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量是兩種不同的物理概念。據(jù)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，二者之間既存在區(qū)別，也存在一定的聯(lián)系，雖然從物理本性上來(lái)講，引力和慣性是完全不同的兩個(gè)概念，但針對(duì)二者的研究，依然成為了物理學(xué)者所關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。

一、慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量概述

1.慣性質(zhì)量

從牛頓定律中可以發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量是用于衡量物體慣性的一種量度，大量實(shí)驗(yàn)曾表明，在同樣的力度作用下，不同的物體所獲得的加速度具有一定的差異性，這主要是由于受到了慣性質(zhì)量的影響。同時(shí)，物體所獲得的加速度不同，不僅與其所受到的力度有關(guān)，同時(shí)也與物體自身的性質(zhì)有關(guān)，部分物質(zhì)可以維持其原有的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，從而使物體之間的慣性存在差異[1]。由此可見，慣性質(zhì)量主要是指物體被看作質(zhì)點(diǎn)時(shí)，其所產(chǎn)生慣性大小的一個(gè)量度。在此過(guò)程中，只有實(shí)際物體進(jìn)行平動(dòng)時(shí)才可以被作為質(zhì)點(diǎn)，因此也可以把慣性質(zhì)量看成是物體在平動(dòng)狀態(tài)下的慣性大小量度表示。

2.引力質(zhì)量

引力的概念來(lái)源于萬(wàn)有引力，所有的物體都是引力場(chǎng)中的源泉，因此其也會(huì)受到引力場(chǎng)的作用，這在萬(wàn)有引力定律中得到了充分的體現(xiàn)。如果說(shuō)m1和m2可以分別用于表示兩個(gè)物體所產(chǎn)生的引力場(chǎng)以及受力場(chǎng)，那其也可以被稱為是物體各自的引力質(zhì)量。此時(shí)，我們用r來(lái)表示兩個(gè)物體之間的距離，F(xiàn)表示作用于兩個(gè)物體之間的萬(wàn)有引力，G作為一個(gè)常數(shù)，它的大小主要根據(jù)F、r以及m1和m2的單位或數(shù)值而決定。根據(jù)萬(wàn)有引力定律可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)物體的引力質(zhì)量mA和mB之間的比值，可以定義為其各自與另一個(gè)物體萬(wàn)有引力FA和FB的比值，并得出了公式mA∶mB=FA∶FB。因此，利用測(cè)量引力的方法，可以通過(guò)對(duì)某一物體引力質(zhì)量極其標(biāo)準(zhǔn)體的引力質(zhì)量之間的比值，實(shí)現(xiàn)對(duì)它引力質(zhì)量的測(cè)定。引力質(zhì)量主要可以分為主動(dòng)引力質(zhì)量和被動(dòng)引力質(zhì)量?jī)煞N，主動(dòng)引力質(zhì)量可以決定物體所產(chǎn)生引力場(chǎng)的強(qiáng)弱，而被動(dòng)引力質(zhì)量則可以決定物體在某種磁力場(chǎng)中所受到的引力大小。

二、慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量的聯(lián)系和區(qū)別

大量經(jīng)驗(yàn)表明，物體的重量越大，可以使他改變的力量就越大，從而使其當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)法得到改變，因此可以說(shuō)，當(dāng)物體的引力質(zhì)量越大，其所產(chǎn)生的慣性質(zhì)量也就越大，在二者正比例的關(guān)系下，若選擇適當(dāng)?shù)膯挝?，則可以使物體的引力質(zhì)量數(shù)值等于它的慣性質(zhì)量數(shù)值，即得出了：m引=m慣。然而，我們卻不能明確的說(shuō)，物體的引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相同，這是因?yàn)閼T性主要用于表示物體在抵抗外力，從而產(chǎn)生一種機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的能力，而引力則表示物體所產(chǎn)生引力場(chǎng)的能力，他們之間存在完全不同的物理屬性，僅僅是因?yàn)樗麄冎g所存在的比例關(guān)系較為嚴(yán)格。在日常的學(xué)習(xí)生活中，經(jīng)?？梢岳么朔N方法實(shí)現(xiàn)對(duì)物體慣性和引力的測(cè)量，比如，可以利用天平測(cè)量出物體的引力質(zhì)量，通過(guò)測(cè)量出的結(jié)果，我們可以進(jìn)一步得知物體的慣性[2]?？梢园l(fā)現(xiàn)，無(wú)論是引力，還是我們施加給物體的力量，都屬于力，且擁有較為明顯的力的屬性，因此在這一方面，慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量之間不存在差別。

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，慣性質(zhì)量?jī)H在某一特殊條件下才與引力質(zhì)量的數(shù)值幾乎相等，然而由于受到實(shí)驗(yàn)條件的影響，我們僅可以說(shuō)慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量在廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)上是近乎相等的。從物理學(xué)角度分析，兩者之間也存在一定的差異性，首先，慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量的來(lái)源不同，慣性質(zhì)量來(lái)源于牛頓第二定律，其主要用于反映物體受到外力時(shí)加速的難易程度，而引力質(zhì)量則來(lái)源于萬(wàn)有引力定律，其主要用于反映出引力場(chǎng)的作用。其次，慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量的測(cè)量方法不同，慣性質(zhì)量利用牛頓第二定律進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)定律，物體的加速度和其加在物體上的合外力成正比關(guān)系，而與物體的質(zhì)量成反比，通過(guò)對(duì)物體加速度以及合外力的測(cè)量，可得出物體的質(zhì)量，即為慣性質(zhì)量。引力質(zhì)量是利用萬(wàn)有引力定律進(jìn)行測(cè)量，目前常見的測(cè)量方法主要是使用天平進(jìn)行測(cè)量。

三、慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量的等效性

針對(duì)慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量的等效性研究，諸多國(guó)外的學(xué)者均進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和研究，認(rèn)為慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量在某種程度上可以被看作為精確的相等，但也有部分研究人員認(rèn)為其是未經(jīng)過(guò)證實(shí)和推理的事實(shí)總結(jié)，愛因斯坦將其稱為“弱等效原理”。在此過(guò)程中，愛因斯坦還設(shè)計(jì)了一個(gè)利用升降機(jī)的理想實(shí)驗(yàn)，并在分析和研究中將其推廣為引力場(chǎng)與非慣性系的等效，即為“強(qiáng)等效原理”。同時(shí)，愛因斯坦還找到了一個(gè)愛因斯坦張量，并建立了廣義相對(duì)論的基本方程[3]。目前，有關(guān)慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量的本質(zhì)均產(chǎn)生了一致性的回答，尤其是當(dāng)場(chǎng)方程建立之后，愛因斯坦在此基礎(chǔ)上導(dǎo)出了牛頓萬(wàn)有引力定律的形式，并進(jìn)行了大量的研究和實(shí)驗(yàn)，結(jié)果均取得了成功，同時(shí)也印證了廣義相對(duì)論的準(zhǔn)確性。在廣義相對(duì)論中，引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的本質(zhì)再次得到了證實(shí)和統(tǒng)一，并為二者一致性的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量的關(guān)聯(lián)性研究一直以來(lái)都是物理學(xué)所研究的主要問(wèn)題。在日常的物理學(xué)習(xí)當(dāng)中，我們可以發(fā)現(xiàn)慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量之間存在著無(wú)法切斷的關(guān)聯(lián)性，希望本文關(guān)于慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量的分析可以為大家提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

[1]范軼旸，車久昆，段輝輝，等.慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012，11（06）：32-34.

[2]蔡志東，葛宇宏.慣性質(zhì)量等于引力質(zhì)量究竟是實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是一種約定[J].物理通報(bào)，2015，04（05）：106-108.

[3]何欣燦.從質(zhì)量的起源探討慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2015，03（17）：46-48.