维基少年:太阳系/关于重力、质量和重量
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你知道你的体重是多少公斤或磅吗？在地球上，你的体重是一个数字。如果你更重，这个数字就更大。如果你去月球或空间站，这个数字一样吗？有些人说是一样的，有些人说是不一样的。要理解原因，你需要了解**重力、质量和重量**。
像许多单词一样，单词“重量”可以有几个不同的含义。重量的一种含义被称为“质量”。术语“质量”在天文和其他科学领域中使用。
物体的质量仅仅是物体所构成的物质的量。物体所含物质越多，其质量就越大。质量大的物体比质量小的物体更难移动和更难停止。所以，一个空箱子（里面只有空气）比一个装满书的箱子更容易移动。装满书的箱子比空箱子含有更多的物质，因此质量更大。
我们的质量是我们身体中物质的数量。也就是说，如果我们成长，在身体中增加更多细胞，或者保留更多体脂或增加肌肉尺寸，我们的质量就会增加；你的质量数字会变大。如果我们开始节食，减少身体中保存的脂肪量，我们质量的数字就会变小。在使用公制系统（也称为“国际单位制”或 SI）的国家中，用于人体重量的质量单位通常是“公斤”（kg）。
假设一个孩子的质量为 40 公斤。现在假设这个孩子去月球或空间站，但身体成分没有改变。那么身体中物质的数量没有改变。这个孩子在月球或空间站的质量为 40 公斤。
我们在太阳系中的任何行星（木星、金星、地球或其他任何地方）上的质量都是一样的。但如果我们踩上体重秤，所有这些行星上的读数都会不同，因为体重秤测量的是重量而不是质量，而重量取决于重力和质量。
重量还有另一个含义，叫做“重力”。“重量”这个词可以指代两种东西，“质量”或“重力”。但什么是“重力”？
假设我们跳入空中。我们不能飞，而是会掉下来并落在地面上。有一种力将我们拉向地面。这种力叫做“重力”。地球产生重力，所以每次我们跳跃时，我们都会再次落在地球上，因为地球的重力拉住了我们，我们没有足够的力气跳得足够快以逃脱这种重力。
哪些物体产生重力？要产生显著的重力，一个物体必须具有非常大的质量数字。一个孩子可能只有 40 公斤。地球的质量约为 600 万亿亿公斤。（也就是 6 后面跟着 24 个零）。地球有足够的质量让我们掉下来，就像我们跳跃时那样快。
所有有质量的物体都会产生重力并相互吸引。物体质量越大，它对其他物体的吸引力就越大。所以，虽然地球拉住了孩子，但孩子也拉住了地球。作用在孩子身上的力与作用在地球上的力相同。因为地球非常巨大，所以那个力移动它的距离非常小。如果我们能看得非常仔细，我们会发现当孩子跳跃时，地球会被孩子腿部的力推开，一个非常小的距离，主要是孩子移动了。然后，当孩子掉下来时，地球也“掉下来”，只是稍微向孩子方向移动了一点。
所有有质量的物体都会产生重力。当我们在地球上时，月球、其他行星和太阳都离得很远，重力的作用随着距离的增加而减小，所以我们又落在了地球上。（重力将我们拉向任何巨大物体的中心。因为我们离地球中心很近，与其他行星和太阳的中心相比，当我们在地球上时，我们主要被拉向地球中心。如果我们在金星或另一个行星上，重力会将我们拉向金星或任何行星的中心。）
假设我们去了月球。现在地球太远了，对我们的坠落方式几乎没有影响。如果我们从月球上跳下来，我们又会落回月球上。月球的质量约为 7000 亿亿公斤。这远小于地球的质量，81 个月球的质量才等于地球的质量。
重力的作用与我们考虑的两个质量成正比。如果我们正在月球上跳跃，我们的质量与在地球上相同，但地球的质量是月球的 81 倍，所以如果我们在距离地球或月球中心相同的距离上，吸引力会是月球的 1/81。但是，由于月球较小，我们离中心更近，所以月球表面的重力大约是地球表面重力的六分之一。
描述重力如何随距离变化有点复杂。如果我们将距离除以二，我们将使力增加两乘二，或四。这样说： “重力的作用与距离的平方成反比。” 当距离很大时，距离的微小变化几乎不会改变重力的作用，但从靠近海洋的海滩移动到山顶的重力变化是可以测量的。这不是足以仅仅从跳跃的感觉中就能注意到的！
重力施加一种力，这种力可以用“牛顿”为单位测量。重力作用在质量上的力会随着质量和质量所在位置的重力强度的变化而变化。如果我们将质量加倍，我们将使力加倍。
然而，当我们推一个可以自由移动的物体时，那个物体会开始朝我们推的方向移动。它移动的速度取决于三个因素：我们推的力的大小、物体的质量以及我们推的时间长短。
物体质量越大，它对我们推动的反应越慢。结果是，虽然重力随着质量的增加而增加，但运动随着质量的增加而减小，这两个效应相互抵消。
所以，物体的下落速度不会随着质量的变化而变化。但是，其他因素可能会改变它，特别是摩擦或空气阻力。
一个炮弹比一个滚珠更受重力的吸引，但它的质量更大，开始运动需要更多的努力。滚珠的质量较小，但开始运动需要更少的努力。然后，两者需要相同的时间在斜坡上滚下来，也许你已经看到或将要看到类似的演示。
那么，为什么像羽毛或纸张这样的东西比炮弹需要更长的时间才能落到地面？这是因为它们下落的空气中的阻力对羽毛或纸张比对炮弹要大得多。阻力是与运动方向相反的力，因此它会减少作用在物体上的净力。
（重力始终将我们吸引到地球中心。即使当我们站在地面上时也是如此。地面抵抗重力的作用，以相等且相反的力向上推，所以我们保持不动。）
那么，如果没有空气会发生什么呢？1971 年，宇航员大卫·斯科特访问了没有空气的月球。他一只手拿着羽毛，另一只手拿着锤子，然后同时放下它们。它们都同时撞击了月球表面。
如果我们能够像阿波罗登月任务的宇航员一样前往另一个世界，我们会注意到一些与地球上体验到的不同之处。也有一些事情是一样的。
以下表格显示了如果我们在地球上体重为 40 公斤，访问太阳系中的不同行星或卫星时会有什么样的体验。
| 地球 | 月球 | 水星 | 金星 | 火星 | 火卫一 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 表面重力（与地球 = 1000 毫克相比） | 1000 | 170 | 380 | 900 | 380 | 5 (平均) |
| 我们的重量（质量） | 40 公斤 | 40 公斤 | 40 公斤 | 40 公斤 | 40 公斤 | 40 公斤 |
| 我们能举起多少 | 10 公斤 | 59 公斤 | 26 公斤 | 11 公斤 | 26 公斤 | 2000 公斤 |
| 我们能跳多高 | 20 厘米 | 120 厘米 | 53 厘米 | 22 厘米 | 53 厘米 | 400 米 |
| 回到地面的时间（秒） | 0.4 | 2.4 | 1.1 | 0.4 | 1.1 | 380 |
| 我们能踢多远 | 20 米 | 120 米 | 53 米 | 22 米 | 53 米 | （进入火星轨道） |
在像巨大的圆顶城市一样的加压舱室里，在月球上，我们可以穿上翅膀，挥动我们的胳膊像鸟类一样在地球上飞行。人类动力飞行在地球上几乎是不可能的，因为人类在地球上的体重太重了。
火卫一是火星的一颗卫星，非常小，所以重力非常低。例如，如果我们用力踢球，它可能完全离开火卫一并进入轨道，成为一颗围绕火星运行的独立天体。跳起来要花几分钟才能被重力拉回来，所以如果我们想的话，可以在那颗火星卫星上越过一座山。
在太阳系中所有我们可以行走的“固体”表面物体中，地球的重力最强。木星和土星的重力可能更强，但我们不能说有一个可以行走的“固体”表面。可能存在比地球更大的有固体表面的行星，但它们不在我们的太阳系中。（然而，如果木星或土星上有浮动平台，我们就可以在上面行走，但这会很困难，因为我们的体重会很重。）