為什麼這篇質量是什麼鄉民發文收入到精華區:因為在質量是什麼這個討論話題中,有許多相關的文章在討論,這篇最有參考價值!作者Vulpix (Sebastian)看板Physics標題Re: [問題] 該如何理解慣性質量等...
質量是什麼 在 彤恩|彤理心 Instagram 的精選貼文
2021-09-24 14:04:20
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雖然說慣性質量是慣性的表現,而重力質量是重力理論的耦合參數。
但是我記得若是用這個角度去看牛頓第二運動定律的驗證實驗
(或者說是歸納出牛頓第二運動定律的實驗)的話,
那就會變成:
做實驗發現外力與加速度成正比,
而這個比例正是物體放在天平上的讀值(即重力質量)。
如果這個說法會有謬誤的話,那大概會出在「外力」上。
因為這個實驗中典型的外力來源都是重物的「重量」,也就是重力。
寫成式子的話,大概就是 Mg=ma。
這條式子可以整理成 g=(m/M)a,
代表透過測量加速度也只能知道重力質量彼此之間的比值,
而無法得到重力質量與慣性質量的關係。
當然我們必須先另外做實驗得到重力場 g(即重力加速度 = 自由落體的加速度)。
可是這樣一來,那「力」的定義到底是什麼?
外力裡面基本上必須先排除重力,因為這會影響到我們測量慣性質量。
我知道力的定義一直都是「會改變物體的運動狀態或者形狀」的「那個東西」。
那 general force 都是力嗎?例如力矩,力矩也能改變運動狀態或形狀。
所以如果要做一次真正的驗證,
我們要先找到一個已知大小的力,最好是不隨時間而變的力。
然後是利用打點計時器或攝影機的畫格來確定加速度。
計算比值,得到慣性質量。
那問題就是要怎麼製作那個外力了,不知道用彈簧秤是不是可行?
(但是從歷史來看,虎克定律中的「力」應該也都是各種樣品的物重。又是重力。)
例如想辦法固定一個輕彈簧秤的伸長量,然後用它拉著物體運動。
從這個角度來說,大概在那個國中實驗裝置中間多塞進一個彈簧秤就足夠了吧,
因為這樣一來,施在物體上的力就是由彈簧提供,而不是重物直接施力。
(其實以前也不是,中間至少會有繩子之類的東西,由繩子施力。
但是這個缺點是我們如果不知道重力會與繩張力相等,我們就不知道繩張力的大小。)
經過這個稍微改良版的實驗測量,我們得到了:
彈簧伸長量 x 與加速度 a 成正比,比值先記作 q。
然後更換物體,得到更多不同物體的 q。
接著比對這些 q 值與用天平測得的重力質量 m。
發現他們成正比。
所以 x=qa,透過等量乘法公理處理,mx/q = ma。
等式左端才是彈簧彈力,而 m/q 就是熟悉的彈簧力常數 k。
在這個實驗中,q 可以視為慣性質量。
「發現 q 與 m 成正比」,則是為什麼我們「相信」等效原理的由來。
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