秤盘上的铁块和铜砝码的质量在严格意义上是相等的吗

时间:2023-11-15 08:59:02

【题】如图所示,假设圆柱形的铁块和铜砝码在天平上保持平衡。在考虑到地球磁场作用的情况下,铁块的质量和铜砝码的质量在严格意义上是相等的吗?

秤盘上的铁块和铜砝码的质量在严格意义上是相等的吗

【解】有一种观点认为:“地球是一个巨大的磁体,所以地球对放着铁块的秤盘的吸引力,要比对放着铜砝码的秤盘的吸引力更大,因此,铜砝码的质量不等于铁块的质量。”

这种观点之所以会产生是忽略了地球庞大的体积和质量。相对于地球来说,铁块的体积和质量都是微乎其微的。要知道,磁体对铁不仅仅有吸引作用,同时还对它有排斥作用:靠近磁块N极的时候,在最接近磁块N极那端的铁块的一端就会产生S极,这一端就会受到磁块N极的吸引,而铁块的另一端就会产生N极,这一端就受到磁块N极的排斥。因为异极之间的距离小,同极之间的距离大,所以这两个力中的引力克服了斥力。磁块的S极也对铁块产生了两个相反的作用,引力在这种情况下大于斥力。

秤盘上的铁块和铜砝码的质量在严格意义上是相等的吗

这种情况只是针对一般尺寸的磁体来说的。当磁体的尺寸很大,达到与地球一般大小时,就是另外一种情形了。因处在地磁场内,放在秤盘上的铁块也产生了两极。尽管如此,相比远离地球一端受到的引力来说,也不能就此断定磁条靠近地球的一端受到地球的引力就比它大;不同之处就在于磁条两端距离地球的距离之差是很微小的,两端所受之力在事实上根本看不出来有多大的差别。将铁块两端之间的距离和地球两极之间的距离进行比较,我们就可以看出很明显的结论。

因此,放在秤盘一端的铁块的质量就等于秤盘另一端铜砝码的质量。地球磁场对称量的准确性的影响是完全可以忽略不计的。也正是这个原因,将放在木塞上的被磁化了的铁块放入水中后,铁块只是在地磁线面上打转,而不会浮向地球的近端磁极。这是因为两个与经线平行的相反方向的力只能使它围绕地轴旋转,而不能使物体做平移运动。