Thoại Viết Hoàng
Writer
Hằng ngày và thậm chí trên nhiều trang web hiện nay, chúng ta thường coi các thuật ngữ khối lượng và trọng lượng như từ đồng nghĩa. Nhưng về mặt khoa học, hai điều này có liên quan nhưng rất riêng biệt.
Khối lượng của một vật là thuộc tính nội tại của vật đó. Đó là lượng vật chất trong đó. Khối lượng của bạn không thay đổi nếu bạn đang đứng trên Trái đất, bạn đang ở trên Mặt trăng hoặc ở nửa đường tới thiên hà Andromeda. Nhưng cân nặng, tức trọng lượng của bạn sẽ thay đổi.
Trọng lượng là một lực, cụ thể là lực tác dụng lên vật chất của vật thể bởi trường hấp dẫn. Vì vậy, câu hỏi mẹo cũ đặt ra cho trẻ em "cái gì nặng hơn: một kg bông hay một kg chì?". Câu trả lời tùy thuộc hai thứ này có nằm trong cùng một trường hấp dẫn không? Chúng có cùng lượng vật chất. Nhưng một kg lông vũ trên Sao Mộc sẽ nặng hơn một kg chì trên Trái đất.
Đầu tiên trong số đó là nguyên tắc tương đương. Không cần có sự tham gia của các hạt, có thể đo khối lượng theo hai cách: khối lượng hấp dẫn từ trọng lượng và cả khối lượng quán tính do đặc tính chống lại chuyển động của vật thể. Trong vũ trụ, hai điều này tương đương nhau và điều này còn được gọi là tính phổ quát của sự rơi tự do.
Truyền thuyết kể rằng Galileo đã chứng minh điều này bằng cách thả hai viên đạn đại bác có khối lượng khác nhau từ Tháp nghiêng Pisa. Và có đoạn phim ghi lại cảnh chỉ huy tàu Apollo 15 David Scott đang thực hiện một thí nghiệm với một chiếc lông vũ và một chiếc búa trên Mặt Trăng. Gần đây hơn, nguyên lý tương đương đã được thử nghiệm với độ chính xác đáng kinh ngạc.
Vì vậy, trong khi chúng ta thường nói về khối lượng như một thứ gì đó mà chúng ta đã hiểu rất rõ ràng, thì khi nói đến khoa học về nó, vẫn còn rất nhiều việc phải làm.
Ví dụ, hãy nghĩ đến một quả bóng bay chứa đầy khí heli. Đặt nó lên cân thì cái cân hầu như không nhúc nhích. Nhưng quả bóng, chất khí bên trong nó và sợi dây đều có khối lượng. Và chúng ta đã học được rằng ở đây trên Trái đất, nó có nghĩa là một trọng lượng. Nhưng do mật độ thấp nên quả bóng bay đi. Vậy cân nặng đã đi đâu? Câu trả lời là ở khắp mọi nơi.
Nếu điều đó làm bạn bối rối, đừng lo lắng, bạn không đơn độc.
Điều chúng ta đang khám phá là nguyên lý Archimedes: Một vật thể trong chất lỏng chịu lực đẩy bằng trọng lượng của chất lỏng bị dịch chuyển. Đây là khái niệm về độ nổi. Lực đẩy từ sự dịch chuyển của chất lỏng cân bằng hoặc bù đắp quá mức cho trọng lượng để một quả bóng bay đi hoặc một con tàu không bị chìm.
Cá nhân tôi thấy ví dụ về quả bóng bay vẫn còn hơi bí ẩn. Nhưng việc nghĩ đến một chiếc máy bay lại khiến điều đó trở thành hiện thực. Tâm trí của bạn có thể phủ nhận rằng một quả bóng bay khí heli có trọng lượng ngay cả khi nó bay lên trên bầu trời, nhưng một chiếc máy bay là một con quái vật kim loại to lớn. Nó có trọng lượng trên đường băng và nó sẽ có trọng lượng khi bay. Nhưng bạn không thể đo lường được nó. Và đó là do trọng lượng của máy bay tác dụng lên bầu khí quyển nên nó lan ra khắp hành tinh.
Vì vậy, bầu không khí nặng nề hơn một chút kể từ khi chúng ta phát minh ra máy bay. Nó nặng bao nhiêu? Dựa trên khối lượng trung bình của một chiếc máy bay (bao gồm sơn) và số lần bay trung bình trong một giây, nó gần bằng trọng lượng của hai con ruồi giấm trên một mét vuông. Nhưng như chúng ta đã biết, đó không phải là khối lượng của nó.
Khối lượng của một vật là thuộc tính nội tại của vật đó. Đó là lượng vật chất trong đó. Khối lượng của bạn không thay đổi nếu bạn đang đứng trên Trái đất, bạn đang ở trên Mặt trăng hoặc ở nửa đường tới thiên hà Andromeda. Nhưng cân nặng, tức trọng lượng của bạn sẽ thay đổi.
Trọng lượng là một lực, cụ thể là lực tác dụng lên vật chất của vật thể bởi trường hấp dẫn. Vì vậy, câu hỏi mẹo cũ đặt ra cho trẻ em "cái gì nặng hơn: một kg bông hay một kg chì?". Câu trả lời tùy thuộc hai thứ này có nằm trong cùng một trường hấp dẫn không? Chúng có cùng lượng vật chất. Nhưng một kg lông vũ trên Sao Mộc sẽ nặng hơn một kg chì trên Trái đất.
Các vấn đề của khối lượng
Bản thân khối lượng là một vấn đề rất phức tạp khi cần phải hiểu một cách đầy đủ. Nó xuất hiện từ sự tương tác của các hạt cơ bản với trường Higgs – các hạt nặng hơn có tương tác mạnh hơn. Nhưng có một số đặc thù về khối lượng không dễ giải thích được.Đầu tiên trong số đó là nguyên tắc tương đương. Không cần có sự tham gia của các hạt, có thể đo khối lượng theo hai cách: khối lượng hấp dẫn từ trọng lượng và cả khối lượng quán tính do đặc tính chống lại chuyển động của vật thể. Trong vũ trụ, hai điều này tương đương nhau và điều này còn được gọi là tính phổ quát của sự rơi tự do.
Truyền thuyết kể rằng Galileo đã chứng minh điều này bằng cách thả hai viên đạn đại bác có khối lượng khác nhau từ Tháp nghiêng Pisa. Và có đoạn phim ghi lại cảnh chỉ huy tàu Apollo 15 David Scott đang thực hiện một thí nghiệm với một chiếc lông vũ và một chiếc búa trên Mặt Trăng. Gần đây hơn, nguyên lý tương đương đã được thử nghiệm với độ chính xác đáng kinh ngạc.
Vì vậy, trong khi chúng ta thường nói về khối lượng như một thứ gì đó mà chúng ta đã hiểu rất rõ ràng, thì khi nói đến khoa học về nó, vẫn còn rất nhiều việc phải làm.
Nổi không có nghĩa là không có trọng lượng
Và có vẻ như đối với khái niệm trọng lượng thì điều ngược lại gần như đúng. Có những điều ban đầu chúng ta có thể bối rối nhưng thực ra chúng ta đã hiểu rõ. Đứng đầu trong số đó là khái niệm trọng lượng của một vật thể nổi. Tuy nhiên, bạn không thể đo lường được nó.Ví dụ, hãy nghĩ đến một quả bóng bay chứa đầy khí heli. Đặt nó lên cân thì cái cân hầu như không nhúc nhích. Nhưng quả bóng, chất khí bên trong nó và sợi dây đều có khối lượng. Và chúng ta đã học được rằng ở đây trên Trái đất, nó có nghĩa là một trọng lượng. Nhưng do mật độ thấp nên quả bóng bay đi. Vậy cân nặng đã đi đâu? Câu trả lời là ở khắp mọi nơi.
Nếu điều đó làm bạn bối rối, đừng lo lắng, bạn không đơn độc.
Điều chúng ta đang khám phá là nguyên lý Archimedes: Một vật thể trong chất lỏng chịu lực đẩy bằng trọng lượng của chất lỏng bị dịch chuyển. Đây là khái niệm về độ nổi. Lực đẩy từ sự dịch chuyển của chất lỏng cân bằng hoặc bù đắp quá mức cho trọng lượng để một quả bóng bay đi hoặc một con tàu không bị chìm.
Cá nhân tôi thấy ví dụ về quả bóng bay vẫn còn hơi bí ẩn. Nhưng việc nghĩ đến một chiếc máy bay lại khiến điều đó trở thành hiện thực. Tâm trí của bạn có thể phủ nhận rằng một quả bóng bay khí heli có trọng lượng ngay cả khi nó bay lên trên bầu trời, nhưng một chiếc máy bay là một con quái vật kim loại to lớn. Nó có trọng lượng trên đường băng và nó sẽ có trọng lượng khi bay. Nhưng bạn không thể đo lường được nó. Và đó là do trọng lượng của máy bay tác dụng lên bầu khí quyển nên nó lan ra khắp hành tinh.
Vì vậy, bầu không khí nặng nề hơn một chút kể từ khi chúng ta phát minh ra máy bay. Nó nặng bao nhiêu? Dựa trên khối lượng trung bình của một chiếc máy bay (bao gồm sơn) và số lần bay trung bình trong một giây, nó gần bằng trọng lượng của hai con ruồi giấm trên một mét vuông. Nhưng như chúng ta đã biết, đó không phải là khối lượng của nó.
