Khối lượng và trọng lượng khác nhau như thế nào?

Khối lượng và trọng lượng khác nhau ở bản chất nào?

Khối lượng và trọng lượng khác nhau ngay từ bản chất. Ở mức phổ thông, khối lượng (m) thường được mô tả là đại lượng đặc trưng cho lượng vật chất của vật; trong cơ học, nó còn gắn với quán tính, tức mức độ vật chống lại sự thay đổi chuyển động. Trọng lượng (P) là lực hấp dẫn tác dụng lên vật.

Trong Hệ đơn vị quốc tế (SI), kilogram là đơn vị khối lượng, còn newton là đơn vị lực. Vì vậy, nói “trọng lượng 50 kg” không đúng về đơn vị vật lý; 50 kg là khối lượng.

Vì sao khối lượng không đổi khi chỉ thay đổi vị trí?

Khối lượng không phải là lực do môi trường hấp dẫn tạo ra. Nó là thuộc tính của vật và, trong cơ học cổ điển, quyết định quán tính của vật. Vì thế, nếu chỉ chuyển cùng một vật sang vị trí khác mà bản thân vật không mất hay nhận thêm vật chất, số đo khối lượng của nó vẫn giữ nguyên.

Lực hấp dẫn có thể mạnh hoặc yếu hơn mà không làm vật tự nhiên “ít vật chất” đi. Một vật vì thế có thể giữ nguyên khối lượng khi chuyển từ Trái Đất sang Mặt Trăng, dù lực hấp dẫn tác dụng lên nó khác đi.

Phát biểu “khối lượng không đổi” ở đây chỉ xét trường hợp đổi vị trí. Nếu bản thân vật thay đổi, chẳng hạn bị mất một phần vật chất hoặc được thêm vật chất, khối lượng có thể thay đổi.

Vì sao trọng lượng thay đổi theo gia tốc trọng trường?

Trọng lượng là lực hấp dẫn nên độ lớn của nó phụ thuộc trực tiếp vào gia tốc trọng trường (g). Với cùng một khối lượng (m), nơi có (g) lớn hơn tạo ra trọng lượng lớn hơn; nơi có (g) nhỏ hơn tạo ra trọng lượng nhỏ hơn.

Vì (g) khác nhau giữa các thiên thể và không hoàn toàn giống nhau ở mọi vị trí, trọng lượng không phải một giá trị cố định của vật. Khối lượng có thể giữ nguyên trong khi trọng lượng thay đổi chỉ vì điều kiện hấp dẫn thay đổi.

Công thức P = mg cho thấy mối quan hệ giữa hai đại lượng ra sao?

Trong cơ học phổ thông, độ lớn trọng lượng được tính bằng:

[

P = m g

]

Trong đó (m) tính bằng kilogram, (g) tính bằng m/s² và (P) tính bằng newton. Về đơn vị, (kg \cdot m/s^2 = N), nên công thức cho thấy trực tiếp vì sao trọng lượng không có đơn vị là kg.

Gia tốc trọng trường chuẩn được quy ước là (9{,}80665\ m/s^2). Khi tính gần bề mặt Trái Đất, thường dùng (g \approx 9{,}81\ m/s^2); trong nhiều bài tập phổ thông có thể làm tròn (g \approx 10\ m/s^2).

Ví dụ với vật có khối lượng 10 kg:

Khối lượng vẫn là 10 kg trong cả hai trường hợp, còn trọng lượng gần bề mặt Mặt Trăng chỉ khoảng một phần sáu so với gần bề mặt Trái Đất. Nếu bài tập lấy (g = 10\ m/s^2), vật 10 kg có trọng lượng xấp xỉ 100 N. Vì vậy không có một phép đổi kg sang N duy nhất cho mọi nơi; muốn tính trọng lượng phải biết hoặc giả định giá trị (g).

Cân đo gì và dùng kg, N thế nào cho đúng?

Không phải mọi loại cân đều hoạt động theo cùng một nguyên lý. Cân thăng bằng so sánh khối lượng với quả cân chuẩn, còn nhiều cân lò xo hoặc cân điện tử phản ứng với lực mà vật tác dụng lên bộ phận đo rồi được hiệu chuẩn để hiển thị khối lượng theo kilogram trong điều kiện sử dụng thông thường.

Do đó, việc cân gia dụng hiển thị “50 kg” không biến kilogram thành đơn vị của trọng lượng. Con số 50 kg vẫn biểu thị khối lượng. Nếu lấy (g = 9{,}81\ m/s^2), người có khối lượng 50 kg có trọng lượng gần bề mặt Trái Đất khoảng (50 \times 9{,}81 = 490{,}5\ N).

Một cân dựa trên lực nếu được đưa tới nơi có (g) rất khác mà không hiệu chuẩn phù hợp có thể cho số hiển thị không còn phản ánh đúng khối lượng. Điều đó không có nghĩa khối lượng của vật đã đổi; nó cho thấy việc suy ra khối lượng từ lực phải tính đến điều kiện hấp dẫn.

Khối lượng đặc trưng cho lượng vật chất/quán tính của vật, dùng đơn vị kg và không đổi chỉ vì đổi vị trí. Trọng lượng là lực hấp dẫn, dùng đơn vị N và phụ thuộc vào gia tốc trọng trường theo (P = mg). Muốn phân biệt nhanh, hãy xác định đang nói về thuộc tính của vật hay một lực do hấp dẫn, rồi kiểm tra đơn vị tương ứng là kg hay N.