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)的相互運動及其運動規(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)習內(nèi)容，通過分析可以發(fā)現(xiàn)，二者之間存在一定的關(guān)聯(lián)性和等效性，本文將對慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量的一些性質(zhì)進行分析和研究，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：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：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講，引力和慣性是完全不同的兩個概念，但針對二者的研究，依然成為了物理學(xué)者所關(guān)注的重點內(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，大量實驗曾表明，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，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動形態(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)點時，其所產(chǎn)生慣性大小的一個量度。在此過程中，只有實際物體進行平動時才可以被作為質(zhì)點，因此也可以把慣性質(zhì)量看成是物體在平動狀態(tài)下的慣性大小量度表示。

2.引力質(zhì)量

引力的概念來源于萬有引力，所有的物體都是引力場中的源泉，因此其也會受到引力場的作用，這在萬有引力定律中得到了充分的體現(xiàn)。如果說m1和m2可以分別用于表示兩個物體所產(chǎn)生的引力場以及受力場，那其也可以被稱為是物體各自的引力質(zhì)量。此時，我們用r來表示兩個物體之間的距離，F(xiàn)表示作用于兩個物體之間的萬有引力，G作為一個常數(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)萬有引力定律可以發(fā)現(xiàn)，兩個物體的引力質(zhì)量mA和mB之間的比值，可以定義為其各自與另一個物體萬有引力FA和FB的比值，并得出了公式mA∶mB=FA∶FB。因此，利用測量引力的方法，可以通過對某一物體引力質(zhì)量極其標準體的引力質(zhì)量之間的比值，實現(xiàn)對它引力質(zhì)量的測定。引力質(zhì)量主要可以分為主動引力質(zhì)量和被動引力質(zhì)量兩種，主動引力質(zhì)量可以決定物體所產(chǎn)生引力場的強弱，而被動引力質(zhì)量則可以決定物體在某種磁力場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，從而使其當前的運動狀態(tài)無法得到改變，因此可以說，當物體的引力質(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?shù)膯挝唬瑒t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，物體的引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相同，這是因為慣性主要用于表示物體在抵抗外力，從而產(chǎn)生一種機械運動狀態(tài)改變的能力，而引力則表示物體所產(chǎn)生引力場的能力，他們之間存在完全不同的物理屬性，僅僅是因為他們之間所存在的比例關(guān)系較為嚴格。在日常的學(xué)習生活中，經(jīng)常可以利用此種方法實現(xiàn)對物體慣性和引力的測量，比如，可以利用天平測量出物體的引力質(zhì)量，通過測量出的結(jié)果，我們可以進一步得知物體的慣性[2]。可以發(fā)現(xiàn)，無論是引力，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。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，慣性質(zhì)量僅在某一特殊條件下才與引力質(zhì)量的數(shù)值幾乎相等，然而由于受到實驗條件的影響，我們僅可以說慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量在廣義相對論的基礎(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)量的來源不同，慣性質(zhì)量來源于牛頓第二定律，其主要用于反映物體受到外力時加速的難易程度，而引力質(zhì)量則來源于萬有引力定律，其主要用于反映出引力場的作用。其次，慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量的測量方法不同，慣性質(zhì)量利用牛頓第二定律進行測量，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，通過對物體加速度以及合外力的測量，可得出物體的質(zhì)量，即為慣性質(zhì)量。引力質(zhì)量是利用萬有引力定律進行測量，目前常見的測量方法主要是使用天平進行測量。

三、慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量的等效性

針對慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量的等效性研究，諸多國外的學(xué)者均進行了大量的實驗和研究，認為慣性質(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為其是未經(jīng)過證實和推理的事實總結(jié)，愛因斯坦將其稱為“弱等效原理”。在此過程中，愛因斯坦還設(shè)計了一個利用升降機的理想實驗，并在分析和研究中將其推廣為引力場與非慣性系的等效，即為“強等效原理”。同時，愛因斯坦還找到了一個愛因斯坦張量，并建立了廣義相對論的基本方程[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，尤其是當場方程建立之后，愛因斯坦在此基礎(chǔ)上導(dǎo)出了牛頓萬有引力定律的形式，并進行了大量的研究和實驗，結(jié)果均取得了成功，同時也印證了廣義相對論的準確性。在廣義相對論中，引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的本質(zhì)再次得到了證實和統(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

綜上所述，慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量的關(guān)聯(lián)性研究一直以來都是物理學(xué)所研究的主要問題。在日常的物理學(xué)習當中，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

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

[2]蔡志東，葛宇宏.慣性質(zhì)量等于引力質(zhì)量究竟是實驗結(jié)果還是一種約定[J].物理通報，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.