維基少年:太陽系/關於重力、質量和重量
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你知道你的體重是多少公斤或磅嗎？在地球上，你的體重是一個數字。如果你更重，這個數字就更大。如果你去月球或空間站，這個數字一樣嗎？有些人說是一樣的，有些人說是不一樣的。要理解原因，你需要了解**重力、質量和重量**。
像許多單詞一樣，單詞“重量”可以有幾個不同的含義。重量的一種含義被稱為“質量”。術語“質量”在天文和其他科學領域中使用。
物體的質量僅僅是物體所構成的物質的量。物體所含物質越多，其質量就越大。質量大的物體比質量小的物體更難移動和更難停止。所以，一個空箱子（裡面只有空氣）比一個裝滿書的箱子更容易移動。裝滿書的箱子比空箱子含有更多的物質，因此質量更大。
我們的質量是我們身體中物質的數量。也就是說，如果我們成長，在身體中增加更多細胞，或者保留更多體脂或增加肌肉尺寸，我們的質量就會增加；你的質量數字會變大。如果我們開始節食，減少身體中儲存的脂肪量，我們質量的數字就會變小。在使用公制系統（也稱為“國際單位制”或 SI）的國家中，用於人體重量的質量單位通常是“公斤”（kg）。
假設一個孩子的質量為 40 公斤。現在假設這個孩子去月球或空間站，但身體成分沒有改變。那麼身體中物質的數量沒有改變。這個孩子在月球或空間站的質量為 40 公斤。
我們在太陽系中的任何行星（木星、金星、地球或其他任何地方）上的質量都是一樣的。但如果我們踩上體重秤，所有這些行星上的讀數都會不同，因為體重秤測量的是重量而不是質量，而重量取決於重力和質量。
重量還有另一個含義，叫做“重力”。“重量”這個詞可以指代兩種東西，“質量”或“重力”。但什麼是“重力”？
假設我們跳入空中。我們不能飛，而是會掉下來並落在地面上。有一種力將我們拉向地面。這種力叫做“重力”。地球產生重力，所以每次我們跳躍時，我們都會再次落在地球上，因為地球的重力拉住了我們，我們沒有足夠的力氣跳得足夠快以逃脫這種重力。
哪些物體產生重力？要產生顯著的重力，一個物體必須具有非常大的質量數字。一個孩子可能只有 40 公斤。地球的質量約為 600 萬億億公斤。（也就是 6 後面跟著 24 個零）。地球有足夠的質量讓我們掉下來，就像我們跳躍時那樣快。
所有有質量的物體都會產生重力並相互吸引。物體質量越大，它對其他物體的吸引力就越大。所以，雖然地球拉住了孩子，但孩子也拉住了地球。作用在孩子身上的力與作用在地球上的力相同。因為地球非常巨大，所以那個力移動它的距離非常小。如果我們能看得非常仔細，我們會發現當孩子跳躍時，地球會被孩子腿部的力推開，一個非常小的距離，主要是孩子移動了。然後，當孩子掉下來時，地球也“掉下來”，只是稍微向孩子方向移動了一點。
所有有質量的物體都會產生重力。當我們在地球上時，月球、其他行星和太陽都離得很遠，重力的作用隨著距離的增加而減小，所以我們又落在了地球上。（重力將我們拉向任何巨大物體的中心。因為我們離地球中心很近，與其他行星和太陽的中心相比，當我們在地球上時，我們主要被拉向地球中心。如果我們在金星或另一個行星上，重力會將我們拉向金星或任何行星的中心。）
假設我們去了月球。現在地球太遠了，對我們的墜落方式幾乎沒有影響。如果我們從月球上跳下來，我們又會落回月球上。月球的質量約為 7000 億億公斤。這遠小於地球的質量，81 個月球的質量才等於地球的質量。
重力的作用與我們考慮的兩個質量成正比。如果我們正在月球上跳躍，我們的質量與在地球上相同，但地球的質量是月球的 81 倍，所以如果我們在距離地球或月球中心相同的距離上，吸引力會是月球的 1/81。但是，由於月球較小，我們離中心更近，所以月球表面的重力大約是地球表面重力的六分之一。
描述重力如何隨距離變化有點複雜。如果我們將距離除以二，我們將使力增加兩乘二，或四。這樣說： “重力的作用與距離的平方成反比。” 當距離很大時，距離的微小變化幾乎不會改變重力的作用，但從靠近海洋的海灘移動到山頂的重力變化是可以測量的。這不是足以僅僅從跳躍的感覺中就能注意到的！
重力施加一種力，這種力可以用“牛頓”為單位測量。重力作用在質量上的力會隨著質量和質量所在位置的重力強度的變化而變化。如果我們將質量加倍，我們將使力加倍。
然而，當我們推一個可以自由移動的物體時，那個物體會開始朝我們推的方向移動。它移動的速度取決於三個因素：我們推的力的大小、物體的質量以及我們推的時間長短。
物體質量越大，它對我們推動的反應越慢。結果是，雖然重力隨著質量的增加而增加，但運動隨著質量的增加而減小，這兩個效應相互抵消。
所以，物體的下落速度不會隨著質量的變化而變化。但是，其他因素可能會改變它，特別是摩擦或空氣阻力。
一個炮彈比一個滾珠更受重力的吸引，但它的質量更大，開始運動需要更多的努力。滾珠的質量較小，但開始運動需要更少的努力。然後，兩者需要相同的時間在斜坡上滾下來，也許你已經看到或將要看到類似的演示。
那麼，為什麼像羽毛或紙張這樣的東西比炮彈需要更長的時間才能落到地面？這是因為它們下落的空氣中的阻力對羽毛或紙張比對炮彈要大得多。阻力是與運動方向相反的力，因此它會減少作用在物體上的淨力。
（重力始終將我們吸引到地球中心。即使當我們站在地面上時也是如此。地面抵抗重力的作用，以相等且相反的力向上推，所以我們保持不動。）
那麼，如果沒有空氣會發生什麼呢？1971 年，宇航員大衛·斯科特訪問了沒有空氣的月球。他一隻手拿著羽毛，另一隻手拿著錘子，然後同時放下它們。它們都同時撞擊了月球表面。
如果我們能夠像阿波羅登月任務的宇航員一樣前往另一個世界，我們會注意到一些與地球上體驗到的不同之處。也有一些事情是一樣的。
以下表格顯示瞭如果我們在地球上體重為 40 公斤，訪問太陽系中的不同行星或衛星時會有什麼樣的體驗。
| 地球 | 月球 | 水星 | 金星 | 火星 | 火衛一 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 表面重力（與地球 = 1000 毫克相比） | 1000 | 170 | 380 | 900 | 380 | 5 (平均) |
| 我們的重量（質量） | 40 公斤 | 40 公斤 | 40 公斤 | 40 公斤 | 40 公斤 | 40 公斤 |
| 我們能舉起多少 | 10 公斤 | 59 公斤 | 26 公斤 | 11 公斤 | 26 公斤 | 2000 公斤 |
| 我們能跳多高 | 20 釐米 | 120 釐米 | 53 釐米 | 22 釐米 | 53 釐米 | 400 米 |
| 回到地面的時間（秒） | 0.4 | 2.4 | 1.1 | 0.4 | 1.1 | 380 |
| 我們能踢多遠 | 20 米 | 120 米 | 53 米 | 22 米 | 53 米 | （進入火星軌道） |
在像巨大的圓頂城市一樣的加壓艙室裡，在月球上，我們可以穿上翅膀，揮動我們的胳膊像鳥類一樣在地球上飛行。人類動力飛行在地球上幾乎是不可能的，因為人類在地球上的體重太重了。
火衛一是火星的一顆衛星，非常小，所以重力非常低。例如，如果我們用力踢球，它可能完全離開火衛一併進入軌道，成為一顆圍繞火星執行的獨立天體。跳起來要花幾分鐘才能被重力拉回來，所以如果我們想的話，可以在那顆火星衛星上越過一座山。
在太陽系中所有我們可以行走的“固體”表面物體中，地球的重力最強。木星和土星的重力可能更強，但我們不能說有一個可以行走的“固體”表面。可能存在比地球更大的有固體表面的行星，但它們不在我們的太陽系中。（然而，如果木星或土星上有浮動平臺，我們就可以在上面行走，但這會很困難，因為我們的體重會很重。）