测量装置

在逐渐接近光速的飞船里,用电子秤能称出物

发布时间:2025/2/23 14:05:52   
电子秤我们平时称量物体的质量(惯性质量)大多都是利用重力,由于地球上任何物体的重力加速度g在同一地点都是相同的,因此对比了重力的大小就知道了物体质量m物的大小:即m物g=kmg,m物=km(注意这里得到的质量是引力质量,但由于引力质量等于惯性质量,因此可以用这种方法得到惯性质量),其中m为标准量器质量,k为比例系数,用天平称量时K取1,左盘中放入待测物体,右盘放入标准砝码,直到指针指向中间时右盘砝码的总质量就是待测物体的质量。天平天平称量物体就是利用杠杆平衡原理。而电子秤也是利用胡克定律或力的杠杆平衡原理测定物体质量的工具,无论是胡克定律还是杠杠平衡原理都是力的定律,无论是天平还是电子秤称量物体质量说到底都是利用重力。因此使用这些工具测质量的前提就是这个参考系中必须存在重力或者叫引力。换句话说必须在有引力的惯性系,或者是直线运动的非惯性系。所以在近地轨道飞行的宇宙飞船里用电子秤是没法测量物体质量的,因为飞船绕地球的圆周运动产生的离心趋势抵消了飞船的重力,使飞船系统处于“失重”状态。失重的航天员在飞船里测物体质量当然也有方法,大家还记得我国航天员聂海胜在神舟十号载人飞船上测量过他的体重(质量),那个测量仪是利用牛顿第二定律F=ma,即m=F/a的原理来测量的,这个实验装置是机械弹簧机构和光栅测速系统的组合体,在飞船里测量仪的弹簧――凸轮机构对聂海胜施加一个恒力,用光栅测出聂获得的加速度,用F/a计算出了他的质量。太空体重测量仪说了这么多现在回到题目上来:如果接近光速的飞船是匀速直线运动,在茫茫太空中是产生不了一点引力的,因此用电子秤是测不出物体的质量的,更别说质量变化了。如果逐渐接近光速的飞船是加速运动(应该是加速运动,因为有个逐渐),根据广义相对论的等效原理――引力场局域等效于加速度场,飞船这个非惯性系相当于一个有引力场的惯性系,那用电子秤是可以测质量的,测得的物体质量是静质量,质量不会发生变化,不会趋向于无穷大。狭义相对论的质量效应公式(m0为物体的静质量,∨为物体运动速度,C为光速)相对论质量效应公式中所显示的质量m是相对于相对静止的参考系的观察者而言,不是相对于飞船自身。

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