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如何在无重力情况下测量物体的质量?


这个问题只要使用高中物理的动量守恒定律就可以很完美地解决了,当然,前提是我们必须要有一件已知质量(也就是知道重量,质量等同重量)的物体。


根据动量守恒定律(P=mv:P为力,m为质量,v为速度),我们可以这样子做:

拿出你知道质量的物体以均速去撞那个未知质量的物体,撞击后将已知质量的物体速度乘以已知质量得出力(P),再用己知的力(P)除以未知质量物体在撞击之后的运行速度,就可以求出未知质量了。

答:可以利用物体的惯性,来测量质量。


在地球上,我们可以利用天平来测量物体的质量;或者利用电子式弹簧秤来测量重量,再转化成质量。

但是这个办法,在微重力的太空,就行不啦!不过我们还是有办法测量的,因为我们可以测量物体的惯性质量。




比如制造一个类似离心机的装置,末端不携带物体时,一定转速下拉臂受到的拉力标定为零,携带质量为m的物体后,增加的拉力F。



满足离心力公式:F=ma=m(ω^2*r),其中ω^2*r是定值,所以力臂增加的拉力,和放入物体的质量呈正比。

这个办法占用的空间小,如果物体的体积太大,会因为物体的体积分布,到旋转中心的距离存在差异,从而造成误差,这时候就得使用直线加速器。



固定托盘携带物体,一起做直线加速再减速,测量加速过程中,物体产生的惯性力就行,不过这个办法需要占用一定长度的空间。


好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!

质量不是重量。我们生活中,称物体重量的时候,通常都是利用重量来得到物体的质量。我们平日说,「秤称得这个东西有一公斤重」,实际的意思是:秤测得这个物体给了秤9.8牛的力,根据推算,这个物体应该有一公斤。或者说是,这个物体产生的重力与一千克质量物质在此地产生的重力相同。那么,就可以推定这个东西的重量。

无重力的情况下,测量物体的质量也是类似,非常简单。一个直接的思路就是:既然无重力,那么在另一个参考系中,我就可以产生一个「赝力」,即所谓「惯性力」,这是在非惯性系中的虚拟力。它的特性与引力没有任何可观测的差异。甚至在广义相对论的框架下,惯性力与引力是没有差别的。

那么问题就很好解决了:构造一个足够稳定(稳定是为了测量方便)的惯性力,再通过「比较」的方法进行测量。测量通常都需要一定的时候,而构造一个平移、加速运动的非惯性系,会消耗很大的空间。相对来说,最简单的方法,就是在旋转参考系中处理。当系统稳定的时候,是可以类比杆秤的计算方法,非常方便的计算出质量。

当然,可能有的读者觉得这种称量方法的「动静」还是太大了。毕竟需要一个比较大的转轮。那么,就再提供一个比较轻便,但需要复杂计算的称量方法。学过受迫振动的朋友一定知道,外界给弹簧振子(或类似的系统)提供驱动了,只有当驱动力的频率达到共振频率的时候,振动幅度会达到最大。而共振频率是与质量、弹性系数有关的。只要能测量到共振频率,那质量就自然的测到了。不过这里要注意的是,被测物体要尽量硬一些,而共振频率也要尽量低一些,以减少物体本身内部振动的影响。

太空的环境下,卫星、飞船或者空间站中的物体绕地球做匀速圆周运动,重力提供了向心力,相对卫星飞船或空间站来讲物体和它们之间没有作用力,好像无重力一样。如何测量物体的质量?利用地面上测质量的方法比如天平、弹簧秤,由于无重力称不出物体质量。怎么办呢?

方法一.利用弹簧振子

周期公式

只要测出弹簧振子的周期和知道弹簧的劲度系数,就可求出作为振子的物体的质量。

周期公式推导过程:

方法二.利用牛顿第二定律




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