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，那麼這個數字就更大。如果你去月球或空間站，這個數字會一樣嗎？有些人說是一樣的，有些人說是不一樣的。要理解為什麼，你需要了解 **重力、質量和重量**。
像許多詞一樣，"重量"這個詞可以有幾種不同的含義。重量的一種含義叫做"質量"。在天文和科學的其他領域中，使用"質量"這個詞。
物體的質量就是物體由多少物質組成。物體由的物質越多，它的質量就越大。質量大的物體比質量小的物體更難移動和更難停止。因此，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數量的一個數字。也就是說，如果我們成長，給我們的身體新增更多的細胞，或者保持更多的身體脂肪，或者增加肌肉的大小，我們的質量就會增加；你的質量數字就會變大。如果我們開始節食，減少我們身體儲存的脂肪，我們質量的數字就會變小。在使用公制系統的國家（也稱為“國際單位制”或 SI），人們體重常用的質量單位是 **千克** (kg)。
假設一個孩子體重為 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。那麼身體中物質數量的數字就沒有改變。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。但是，如果我們踩上體重計，在所有這些行星上的讀數都會不同，因為體重計測量的是重量，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"這個詞可以表示兩種東西之一，"質量"或"重力"。但是"重力"是什麼呢？
假設我們跳到空中。我們不能飛，而是會掉下來然後落到地面。有一種 **力** 把我們拉向地面。這種力叫做 **重力**。地球產生了重力，所以每次我們跳起來，我們都會再次落在地球上，因為地球的重力在拉我們，而我們不夠強大，跳得不夠快，無法逃脫重力。
哪些物體產生重力？為了產生明顯的重力，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在跳起來的時候像我們一樣快地落下。
所有具有質量的物體都產生重力，並且互相吸引。物體質量越大，它吸引其他物體的力就越大。所以，雖然地球在拉一個孩子，孩子也在拉地球。作用在孩子身上的力與作用在地球上的力相同。因為地球的質量非常大，所以這個力幾乎沒有移動它。如果我們能仔細觀察，我們就會發現，當孩子跳起來時，地球被孩子腿部的力推開了一點，只是移動了一點，大部分是孩子在移動。然後，當孩子落下時，地球也朝孩子"落下"了一點。
任何有質量的東西都會產生重力。當我們在地球上時，月球、其他行星和太陽距離很遠，重力隨著距離而減小，所以我們再次落在地球上。（重力把我們拉向任何大型物體的中心。因為我們離地球的中心很近，相比於其他行星和太陽的中心，所以當我們在地球上時，我們主要被拉向地球的中心。如果我們在金星或其他行星上，重力會把我們拉向金星或任何行星的中心。）
假設我們去月球。現在地球離我們太遠了，無法對我們如何落下產生太大影響。如果我們從月球上跳下來，我們就會再次落在月球上。月球的質量約為 7000 億億公斤。這比地球的質量要小得多，81 個月球的質量才相當於地球的質量。
重力的大小與我們考慮的兩個質量的乘積成正比。如果我們在月球上跳躍，我們的質量和在地球上一樣，但地球的質量是月球的 81 倍，所以吸引力，如果我們與地球或月球中心的距離相同，對於月球來說，將是地球的 1/81。然而，由於月球更小，我們離中心更近，因此月球表面的重力約為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。如果我們把距離縮小一半，我們就會把力增加兩乘以兩，即四倍。用這種方式說："重力的大小與距離的平方成反比。" 當距離很大時，距離的一點變化幾乎不會對重力的大小產生影響，但從靠近海洋的海灘移動到山頂，重力的大小變化是可以測量的。這還不至於讓你從跳躍的感覺中注意到！
重力會產生力，這種力可以用“牛頓”這個單位來測量。重力作用在一個質量上的力會隨著質量的大小和重力所在位置的強度而變化。如果我們把質量加倍，我們就會把力加倍。
然而，當我們推一個可以移動的物體時，這個物體就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：我們推的力度、物體的質量和我們推的時間長短。
物體質量越大，它對我們推動的反應就越慢。結果是，儘管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。
所以物體下落的速度不會隨著質量的變化而變化。然而，其他因素可能會改變它，尤其是摩擦或空氣阻力。
一個炮彈比一個滾珠受到的重力更大，但它的質量更大，啟動它需要更多的努力。一個滾珠的質量更小，但啟動它需要更少的努力。然後，它們沿著斜坡滾下來的時間都一樣，也許你已經見過或將會看到類似的演示。
那麼，為什麼像羽毛或紙片這樣的東西下落到地面的時間比炮彈長得多呢？這是因為它們下落時遇到的空氣阻力對於羽毛或紙片來說比對於炮彈來說大得多。阻力是一種與運動方向相反的力，所以它會減小作用在物體上的淨力。
（重力總是把我們吸引到地球的中心。即使我們站在地面上。地面 **抵抗** 重力的作用，向上推回一個大小相等、方向相反的力，所以我們能站穩。）
那麼，如果沒有任何空氣會發生什麼呢？1971 年，宇航員大衛·斯科特訪問了沒有空氣的月球。他拿著一根羽毛和一把錘子，每隻手拿著一件，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月球探險隊的宇航員那樣前往另一個世界，我們會注意到一些不同於你在地球上經歷的事情。也有一些事情是一樣的。
以下是一個表格，說明如果我們在地球上體重為 40 公斤，在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（與地球相比 = 1000 毫克） | 1000 | 170 | 380 | 900 | 380 | 5（平均） |
| 我們的體重（質量） | 40 公斤 | 40 公斤 | 40 公斤 | 40 公斤 | 40 公斤 | 40 公斤 |
| 我們可以舉起的重量 | 10 公斤 | 59 公斤 | 26 公斤 | 11 公斤 | 26 公斤 | 2000 公斤 |
| 我們可以跳多高 | 20 釐米 | 120 釐米 | 53 釐米 | 22 釐米 | 53 釐米 | 400 米 |
| 回落到地面所需時間（秒） | 0.4 | 2.4 | 1.1 | 0.4 | 1.1 | 380 |
| 我們能踢球多遠 | 20 米 | 120 米 | 53 米 | 22 米 | 53 米 | （進入火星軌道） |
在一個加壓的密閉空間，比如月球上巨大的穹頂城市，我們可以穿上翅膀，揮動雙臂像地球上的鳥兒一樣飛行。在地球上，人類動力飛行幾乎是不可能的，因為人類在地球上的重量太重了。
火衛一是火星的一顆衛星，它非常小，引力非常低。例如，如果我們用很大的力踢一個球，它可能會完全離開火衛一，並作為繞火星執行的獨立天體進入軌道。跳起來需要幾分鐘才能被引力拉回來，所以如果我們想跳過火星那顆衛星上的山峰，我們可以做到。
在太陽系中所有我們可以行走的 "固體" 表面天體中，地球的引力最強。木星和土星的引力可能更強，但我們不能說那裡有什麼 "固體" 表面可以行走。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一個漂浮平臺，我們可以在上面行走，但會很困難，因為我們會很重。）