网友提问:
在失重状态下怎么测质量?
优质回答:
首先需要明确一点的就是物质的质量是物质的固有属性,其并不会随外界环境而发生变化。
一般我们常用的测物质的质量的方法主要有三种,一种是根据密度体积M=ρV求得质量,另一种则是根据牛顿第二定律M=F/a求得,还有一种是根据万有引力定律 F=GMm/r2 (本质上还是牛顿第二定律)。
密度体积关系M=ρV
ρ代表物质的密度,而密度的影响因素主要有温度和压力。假设物体处在外太空的人造飞船中时,其内闭空间温度气压环境基本跟地表相似,所以我们可以近似的认为物质密度基本与地表相同。所以,只需求得物体的体积就可以算得物体的质量了。
这种方法一般比较适合于纯物质和体积规则便于测量的物体。
牛顿第二定律M=F/a
根据牛顿第二定律来测量物体质量是自然界以及天文学上比较普遍的应用方法。我们生活中常用的秤,天平等实际上都是应用的牛顿第二定律的原理,在地表附近加速度a等于重力加速度g,这样我们只需要测得物体所受重力多少就知道物体质量的大小了。
然而在太空失重状态下,重力加速度=0,我们无法采用重力环境来测量物体质量。这时就需要自创一个力的环境来测量质量。
我们可以取一个弹簧秤,让弹簧秤以一个稳恒的力来水平拉动这个物体,使其做匀加速直线运动。由于弹簧的伸缩跟受力是受胡克定律约束的,所以弹簧的受力我们很容易得出,这时我们只需要求得物体的加速度多少就可以测出物体质量了。
还是取一个弹簧秤,固定弹簧秤一端,另一端挂着物体,然后使物体绕着弹簧秤一端做匀速圆周运动,根据Fn(向心力)=mrω2=mv2/r=mr4π2/T2=mr4π2f2,我们只需要求得物体绕弹簧秤运动的半径r和角速度ω、线速度v、周期T、频率f四个变量中的任意一个变量即可求得物体质量。
万有引力定律 F=GMm/r2
根据万有引力定律,任何两个有质量的物体之间都存在力的作用,所以假定我们知道了其中一个物体的质量和二者之间的距离以及受力情况,是可以求得另一物体质量的。然而这种方法一般应用于天文学天体质量的测量,小物体之间测量比较难。
以上三种方法就是常用的用来测量物体质量的方法,由于第一种方法ρ的受限条件较多,所以在失重环境下用的较少。而根据牛顿第二定律F=ma应该是失重环境下测量物体质量的主要方法了,而万有引力定律一般应用于外太空环境下大天体的质量测量情况比较多。
其他网友回答
给物体施加一个力,然后测定其加速度,再根据牛顿第二定律计算物体的质量。m=F/a
其他网友回答
其实你在地球上有重力环境下也不是“测量”质量,而是通过测量地球施加其上的重力来计算质量。
用记忆中残存的高中物理猜测一下方法:
1,根据光谱测物质构成,再用密度计算质量
2,测运动轨迹和速度,根据引力计算质量
3,根据经过被测物体附近的光的扭曲计算质量