淺談物體重量在不同地區(qū)變化的物理原理

【摘要】 本文通過物理學(xué)上關(guān)于地球引力的基本理論來簡單闡述物體重量在不同地區(qū)變化的原因，從而解釋同一臺件的計量器具在南北方實驗室檢測數(shù)據(jù)會出現(xiàn)細(xì)微偏差的現(xiàn)象。

【關(guān)鍵詞】 重量;質(zhì)量;地心引力

Abstract： In this paper， the basic theory of gravitation in physics is used to explain the reason why the weight of an object changes in different areas， so as to explain the phenomenon of slight deviation in the test data of the same measuring instrument in the north and South laboratories.

Key words： weight;mass;gravity

電子衡器稱重的原理：是利用物體上的重力對稱重傳感器產(chǎn)生的重量信號，轉(zhuǎn)換為電信號而顯示出物體的“質(zhì)量”，實際上這個“質(zhì)量”準(zhǔn)確的應(yīng)該稱為“重量”（weight）。在機械天平或架盤天平上，一邊放置標(biāo)準(zhǔn)砝碼，一邊放置被測物體，這時稱出的物體重量才是真正意義上的“質(zhì)量”（mass）。兩者在英文中的解釋：mass（質(zhì)量）是恒定不變的;weight（重量）是mass（質(zhì)量）在引力場中的表現(xiàn)形式。相同質(zhì)量的物體在引力場不同的情況下，反映出物體的重量也有不同。舉個例子：同樣的一公斤鐵塊在地球上和在月球上mass（質(zhì)量）固然是不變的，相同的;但是如果用衡器來稱量，weight（重量）顯示的值是不同的。

1 重力的物理意義

重力的定義：由于地球?qū)ξ矬w的引力而產(chǎn)生的力。有時也稱為“萬有引力”（Gravity）。在地球上，重力的方向總是豎向下的，但是并不一定是指向地心的（只有在赤道和南北極時，重力才指向地心）。

重力的公式為：[F=mg]，[g]為重力加速度，大概約等于[9.8ms2]，如果在月球上的話，[g]值就會小一些。重力本身不是萬有引力，二者之間是有差別的。這是由于地球自轉(zhuǎn)對于重力產(chǎn)生了影響。

假設(shè)在北極或南極的一個物體，它會受到一個指向地心的萬有引力，此時的重力和萬有引力是相同。此時物體在地球兩極的重力：

其中[G]為萬有引力常數(shù)，[M]和[m]分別為地球和該物體的質(zhì)量，[R]則代表了地球的半徑;

而該物體在赤道上，從物理意義上隨著地球的自轉(zhuǎn)，此時物體會受到一個指向地心的萬有引力;同時，要分出一部分的力來維持該物體的圓周運動，這一部分產(chǎn)生的分力被稱為“向心力”（Centripetal Force），這使產(chǎn)生了與“向心力”方向相反，大小相等的“慣性離心力”（Inertial Centrifugal Force）;這時，在赤道上物體的重力：

2 產(chǎn)生的影響

如果想要得到物體在兩極和在赤道上具體的重力差別，我們可以使用公式（4）得出：

也就是說，由于地球自轉(zhuǎn)的影響，物體在地球赤道處的重量會比在地球兩極處的時候“輕”3.5‰;同樣的物體，在兩極時會“重”，在赤道時會“輕”。

3 其他的影響

眾所周知，地球其實并不是一個正球體，這是因為：地球上所有的物體在地球自轉(zhuǎn)的影響下，都會產(chǎn)生一個向赤道方向的切向力，這個切向的分量會推動物體向赤道方向移動。換為更易懂的原理就是：地球在自轉(zhuǎn)過程中，將更多地物體“甩向”更接近于赤道的位置，赤道的位置就會逐漸的“胖”了一些，造成了地球其實是一個略“扁”的橢球體。

所以，地球的半徑比兩極半徑要大了一些。地球赤道半徑約為6378.5千米，地球兩極半徑約為6356.9千米，同樣的物體在地球赤道位置離地心稍微“遠(yuǎn)”一些，在地球兩極位置離地心稍微“近”一些，這時產(chǎn)生的萬有引力效果也不盡相同，正是由于這個原因，根據(jù)科學(xué)研究會額外造成1.5‰的重力差別。

4 結(jié)語

同樣的物體由于地球的自轉(zhuǎn)，造成了3.5‰的重力差，由于地球赤道半徑和兩極半徑的不一致，又額外造成了1.5‰的重力差。綜上所述，同樣的物體在兩極處的重力加速度比赤道處的重力加速度大大約5‰。

由于重力加速度的不同，從而造成在南方實驗室和在北方的實驗室中進(jìn)行檢測同一物體，所測得的重量數(shù)據(jù)會出現(xiàn)細(xì)微的偏差。這就需要我們質(zhì)量計量工作者對計量器具數(shù)據(jù)進(jìn)行重力修正，通過添加重力加速度修正值來保證測量數(shù)據(jù)的客觀公正，科學(xué)準(zhǔn)確。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 王幟南.對引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量的探析及思考[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（5）：47-48.

[2] 魏星.萬有引力常數(shù)[J].中國科技術(shù)語，2018（5）：79-80.

[3] 吉望西.淺議重力計量[J].中國計量，2012（8）：57-59.

【作者簡介】

李東岳（1983-），男，工程師，碩士，研究方向為衡器、質(zhì)量檢定。