再论密度与比重之关系

　　1·重量(重力)与质量

　　1·1重量

　　有两种含义:一种指物体受地心引力的大小(重力);另一种指物体质的多少(狭义重量)。

　　(1)重力:是除了电场力、磁场力外,地心引力、地球自转离心力,气体或液体介质产生的浮力、月球引力等宇宙中所有其它物体作用在被测物体上的一个合力,在地球上的实际应用中,一般只考虑地心引力视重(地心引力与地球自转离心力的合力)和空气浮力两种主要因素。其大小和方向随所处位置及运动状态的不同而不同,所以是个矢量。法定计量单位是牛[顿](N),可用弹簧秤直接测得,也可通过天平换算得出。

　　(2)重量:已被废除的名称,在日常生活中被极广泛地使用,含义同“称量”、“表观质量”、“折算质量”等,指被测物的质量,计量单位是克、千克等,但这个质量值往往并不是被测物的真实的质量值,而只是当天平处于平衡(读数)状态时天平砝码(或假想砝码)的质量值,是一个标量。

　　1·2质量

　　又称真空质量(静止质量、非相对论质量),也是一个标量,法定计量单位名称是千克,等于国际公斤原器的质量。一般情况下,质量只决定于组成被测物体各原子的相对原子质量的大小和个数的多少,而与这些原子(分子)堆积的紧密程度、物体所处的重力场位置、温度及运动状态等无关。这与重量明显不同。对于固态物体质量的测定一般有以下三种方案:1)将一个已知的力F作用在被测物体上,测出加速度a,根据公式m=F/a求得,被称为惯性质量;2)根据万有引力定律,将一已知质量m′的物体与被测物体置于同一水平面上,测定其间的距离r和引力F,然后用公式F=G(m′·m)/r2(G为普适常数)算出被测物质量m,被称为引力质量;3)静水力学法:将被测物在已知的不同密度的液态或气态介质中分别称重,通过计算,消除空气浮力的影响,(或在真空中直接测得)也可得出被测物体的质量值,由此可见,测定质量的方法是十分复杂的,但只有通过这种复杂的测定,才能使同一物体的惯性质量,引力质量与用静水力学法测得的质量值相同,只有这样的质量,在化学反应中才能与摩尔质量相适应。

　　1·3重量与质量的关系

　　重力与质量之间的关系比较明显:重力是质量在重力场中的一种表现形式,质量一般不变,而重力在物体处于自由落体状态下却可消失。

　　狭义的重量极易与质量混淆,前者指砝码的质量,后者指被测物体的质量,二者单位相同,值很相近,长期以来,人们对质量与重量都没有加以严格区别,尤其是废除“重量”后,对于那些直观的读数,很自然地被当作了被测物的质量,这在精度要求不高的测量中并没有引起过什么麻烦,但在高精度测试中却暴露出不可容忍的弊端,如一粒质量为9·0013克的琥珀,在非真空状态下一般只能与质量是8·9926克的砝码保持平衡,即天平上的读数是8·9926克,因此我们往往把8·9926克当作这粒琥珀的质量,而事实上比真实的质量少了0·0087克。更严重的是因此造成了概念上的混乱:目前普遍错误使用“密度”概念的根源就是没有真正把握什么是真正的“质量”。鉴此,笔者认为很有必要把天平上的读数与被测物的质量区别开来,把读数称作被测物的“视质量”(相应地,将“单位体积的视质量”称为“视密度”);或者,将“质量”改为“真质量”(相应地,“密度”定义应为“单位体积的真质量”)。