น้ำหนัก
แผนภาพอธิบายมวลและน้ำหนัก
สัญลักษณ์ทั่วไป	${\displaystyle W}$
หน่วย SI	นิวตัน (N)
หน่วยอื่นๆ	ปอนด์-แรง (lbf)
ในหน่วยฐานSI	กก.⋅ม⋅วินาที−2
กว้างขวาง ?	ใช่
หลักสูตรเข้มข้น ?	เลขที่
อนุรักษ์ไว้ ?	เลขที่
อนุพันธ์จากปริมาณอื่นๆ	${\displaystyle W=mg}$ ${\displaystyle W=ma}$
มิติ	${\displaystyle {\mathsf {MLT}}^{-2}}$

ในวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมน้ำหนักของวัตถุเป็นปริมาณที่เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุโดยวัตถุอื่นในสภาพแวดล้อม แม้ว่าจะมีความแตกต่างและการถกเถียงกันบ้างเกี่ยวกับคำจำกัดความที่แน่นอน^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

ตำราเรียนมาตรฐานบางเล่ม^{[ 4 ]}นิยามน้ำหนักว่าเป็นปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งก็คือ แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุ ส่วนตำราเรียนอื่นๆ^{[ 5 ] [ 6 ]}นิยามน้ำหนักว่าเป็นปริมาณสเกลาร์ ซึ่งก็คือขนาดของแรงโน้มถ่วง และตำราเรียนอื่นๆ^{[ 7 ]}นิยามน้ำหนักว่าเป็นขนาดของ แรง ปฏิกิริยาที่กระทำต่อวัตถุโดยกลไกที่ต้านทานผลกระทบของแรงโน้มถ่วง น้ำหนักจึงเป็นปริมาณที่วัดได้ เช่น จากเครื่องชั่งสปริง ดังนั้น ในสภาวะตกอย่างอิสระน้ำหนักจะเป็นศูนย์ ในแง่ของน้ำหนักนี้ วัตถุบนโลกอาจไม่มีน้ำหนัก ดังนั้น หากไม่คำนึงถึงแรงต้านอากาศก็อาจกล่าวได้ว่าแอปเปิลในตำนานที่ร่วงหล่นจากต้นไม้^{[ 8 ]}ระหว่างทางลงสู่พื้นใกล้ไอแซค นิวตันนั้นไม่มีน้ำหนัก

หน่วยวัดน้ำหนักคือหน่วยของแรงซึ่งในระบบหน่วยสากล (SI) คือนิวตัน [ ^{1 ] ตัวอย่าง}เช่น วัตถุที่มีมวล 1 กิโลกรัมจะมีน้ำหนักประมาณ 9.8 นิวตันบนพื้นผิวโลก และประมาณหนึ่งในหกของน้ำหนักนั้นบนดวงจันทร์แม้ว่าน้ำหนักและมวลจะเป็นปริมาณที่แตกต่างกันทางวิทยาศาสตร์ แต่คำศัพท์ทั้งสองมักถูกสับสนกันในการใช้งานในชีวิตประจำวัน (เช่น การเปรียบเทียบและการแปลงน้ำหนักแรงในหน่วยปอนด์เป็นมวลในหน่วยกิโลกรัมและในทางกลับกัน) ^{[ 9 ]}

ความซับซ้อนเพิ่มเติมในการอธิบายแนวคิดต่างๆ ของน้ำหนักเกี่ยวข้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพซึ่งจำลองแรงโน้มถ่วงเป็นผลสืบเนื่องมาจากความโค้งของกาลอวกาศในแวดวงการสอน มีการถกเถียงกันอย่างมากมานานกว่าครึ่งศตวรรษเกี่ยวกับวิธีการกำหนดน้ำหนักให้กับนักเรียน สถานการณ์ปัจจุบันคือแนวคิดหลายชุดอยู่ร่วมกันและถูกนำไปใช้ในบริบทต่างๆ^{[ 2 ]}

การอภิปรายเกี่ยวกับแนวคิดเรื่องความหนัก (น้ำหนัก) และความเบา (ความเบา) มีมาตั้งแต่สมัยนักปรัชญากรีกโบราณโดยทั่วไปแล้วสิ่งเหล่านี้ถูกมองว่าเป็นคุณสมบัติโดยธรรมชาติของวัตถุเพลโตอธิบายน้ำหนักว่าเป็นแนวโน้มตามธรรมชาติของวัตถุที่จะแสวงหาสิ่งที่คล้ายคลึงกัน สำหรับอริสโตเติลน้ำหนักและความเบาแสดงถึงแนวโน้มที่จะฟื้นฟูระเบียบตามธรรมชาติของธาตุพื้นฐาน ได้แก่ อากาศ ดิน ไฟ และน้ำ เขากำหนดน้ำหนักสัมบูรณ์ให้กับดินและความเบาสัมบูรณ์ให้กับไฟอาร์คิมิดีสเห็นว่าน้ำหนักเป็นคุณสมบัติที่ตรงข้ามกับแรงลอยตัวโดยความขัดแย้งระหว่างทั้งสองจะกำหนดว่าวัตถุจะจมหรือลอย คำจำกัดความเชิงปฏิบัติการแรกของน้ำหนักนั้นมาจากยูคลิดซึ่งนิยามน้ำหนักว่า "ความหนักหรือความเบาของสิ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับอีกสิ่งหนึ่ง โดยวัดจากตาชั่ง" ^{[ 2 ]}อย่างไรก็ตาม ตาชั่งเชิงปฏิบัติการ (มากกว่าคำจำกัดความ) มีมานานกว่านั้นมาก^{[ 10 ]}

ตามที่อริสโตเติลกล่าวไว้ น้ำหนักเป็นสาเหตุโดยตรงของการเคลื่อนที่ตกของวัตถุ ความเร็วของวัตถุที่ตกนั้นควรจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับน้ำหนักของวัตถุ เมื่อนักวิชาการในยุคกลางค้นพบว่าในทางปฏิบัติความเร็วของวัตถุที่ตกเพิ่มขึ้นตามเวลา สิ่งนี้กระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแนวคิดเรื่องน้ำหนักเพื่อรักษาความสัมพันธ์แบบเหตุและผลนี้ น้ำหนักถูกแบ่งออกเป็น "น้ำหนักนิ่ง" หรือpondusซึ่งคงที่ และแรงโน้มถ่วงจริงหรือgravitasซึ่งเปลี่ยนแปลงไปเมื่อวัตถุตก แนวคิดของgravitas ในที่สุดก็ถูก ^{แทนที่}ด้วยimpetusของJean Buridanซึ่งเป็นต้นกำเนิดของโมเมนตัม [ ^{2 ]}

การเกิดขึ้นของมุมมองโลกแบบโคเปอร์นิคัสนำไปสู่การฟื้นคืนชีพของแนวคิดแบบเพลโตที่ว่าวัตถุที่เหมือนกันจะดึงดูดกัน แต่ในบริบทของเทห์ฟากฟ้า ในศตวรรษที่ 17 กาลิเลโอได้ก้าวหน้าอย่างมากในแนวคิดเรื่องน้ำหนัก เขาเสนอวิธีการวัดความแตกต่างระหว่างน้ำหนักของวัตถุที่เคลื่อนที่กับวัตถุที่หยุดนิ่ง ในที่สุด เขาได้สรุปว่าน้ำหนักเป็นสัดส่วนกับปริมาณสสารของวัตถุ ไม่ใช่ความเร็วของการเคลื่อนที่อย่างที่เข้าใจกันในมุมมองฟิสิกส์แบบอริสโตเติล^{[ 2 ]}

มีคำจำกัดความของน้ำหนัก อยู่หลายแบบ ซึ่งไม่ใช่ทุกแบบที่เทียบเท่ากัน^{[ 3 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

นิยามเชิงปฏิบัติการ

การวัดน้ำหนักเทียบกับมวล

ซ้าย: เครื่องชั่งสปริงวัดน้ำหนักโดยดูว่าวัตถุนั้นกดสปริง (ภายในเครื่อง) มากแค่ไหน บนดวงจันทร์ วัตถุจะให้ค่าที่วัดได้ต่ำกว่าเดิม ขวา: เครื่องชั่งแบบสมดุล วัดมวลโดยอ้อมโดยการเปรียบเทียบวัตถุกับจุดอ้างอิง บนดวงจันทร์ วัตถุจะให้ค่าที่วัดได้เท่าเดิม เพราะ ทั้งวัตถุและจุดอ้างอิงจะมีน้ำหนักเบาลง

ในนิยามเชิงปฏิบัติการ น้ำหนักของวัตถุคือแรงที่วัดได้จากการชั่งน้ำหนัก ซึ่งเป็นแรงที่วัตถุกระทำต่อฐานรองรับ [ ^{11 ] เนื่องจาก} W คือแรงลงที่กระทำต่อวัตถุโดยศูนย์กลางของโลก และไม่มีความเร่งในวัตถุ จึงมีแรงตรงข้ามและเท่ากันจากฐานรองรับกระทำต่อวัตถุ แรงนี้เท่ากับแรงที่วัตถุกระทำต่อฐานรองรับ เพราะการกระทำและปฏิกิริยามีค่าตัวเลขเท่ากันและทิศทางตรงกันข้าม สิ่งนี้สามารถสร้างความแตกต่างอย่างมาก ขึ้นอยู่กับรายละเอียด ตัวอย่างเช่น วัตถุที่ตกอย่างอิสระจะออกแรงกระทำต่อฐานรองรับน้อยมากหรือไม่มีเลย ซึ่งสถานการณ์นี้มักเรียกว่าไร้น้ำหนักอย่างไรก็ตาม การตกอย่างอิสระไม่มีผลต่อน้ำหนักตามนิยามของแรงโน้มถ่วง ดังนั้น บางครั้งนิยามเชิงปฏิบัติการจึงได้รับการปรับปรุงโดยกำหนดให้วัตถุต้องหยุดนิ่งอย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาในการกำหนดคำว่า "หยุดนิ่ง" (โดยปกติการหยุดนิ่งเมื่อเทียบกับโลกจะถูกบ่งบอกโดยการใช้แรงโน้มถ่วงมาตรฐาน ) ในความหมายเชิงปฏิบัติ น้ำหนักของวัตถุที่อยู่นิ่งบนพื้นผิวโลกจะลดลงเนื่องจากผลของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่เกิดจากการหมุนของโลก

ตามนิยามเชิงปฏิบัติการที่ใช้กันโดยทั่วไปนั้น ไม่ได้ยกเว้นผลกระทบของแรงลอยตัว อย่างชัดเจน ซึ่งแรงลอยตัวจะลดน้ำหนักที่วัดได้ของวัตถุเมื่อวัตถุนั้นจมอยู่ในของเหลว เช่น อากาศหรือน้ำ ดังนั้นลูกโป่ง ที่ลอยอยู่ หรือวัตถุที่ลอยอยู่ในน้ำอาจถูกกล่าวว่ามีน้ำหนักเป็นศูนย์

ในการใช้งานทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ น้ำหนักและมวลเป็นปริมาณที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน มวลเป็น คุณสมบัติ ที่แท้จริงของสสารในขณะที่น้ำหนักเป็นแรงที่เกิดจากการกระทำของแรงโน้มถ่วงต่อสสาร มันวัดว่าแรงโน้มถ่วงดึงดูดสสารนั้นได้แรงเพียงใด อย่างไรก็ตาม ในสถานการณ์ในชีวิตประจำวันส่วนใหญ่ คำว่า "น้ำหนัก" ถูกใช้เมื่อจริงๆ แล้วหมายถึง "มวล" ^{[ 9 ] [ 22 ]}ตัวอย่างเช่น คนส่วนใหญ่จะพูดว่าวัตถุ "หนักหนึ่งกิโลกรัม" แม้ว่ากิโลกรัมจะเป็นหน่วยของมวลก็ตาม

ความแตกต่างระหว่างมวลและน้ำหนักนั้นไม่สำคัญในทางปฏิบัติหลายประการ เนื่องจากความแรงของแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวโลกไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก ในสนามแรงโน้มถ่วงที่สม่ำเสมอ แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุ (น้ำหนักของวัตถุ) จะแปรผันตรงกับมวลของวัตถุ ตัวอย่างเช่น วัตถุ A มีน้ำหนักมากกว่าวัตถุ B 10 เท่า ดังนั้นมวลของวัตถุ A จึงมากกว่ามวลของวัตถุ B 10 เท่า ซึ่งหมายความว่ามวลของวัตถุสามารถวัดได้โดยอ้อมจากน้ำหนัก และดังนั้นสำหรับการใช้งานในชีวิตประจำวันการชั่งน้ำหนัก (โดยใช้เครื่องชั่ง ) จึงเป็นวิธีวัดมวลที่ยอมรับได้อย่างสมบูรณ์ ในทำนองเดียวกัน เครื่องชั่งจะวัดมวลโดยอ้อมโดยการเปรียบเทียบน้ำหนักของสิ่งของที่วัดกับน้ำหนักของวัตถุที่มีมวลที่ทราบค่า เนื่องจากสิ่งของที่วัดและมวลที่ใช้เปรียบเทียบอยู่ในตำแหน่งเดียวกัน จึงได้รับสนามแรงโน้มถ่วง เดียวกัน ผลกระทบของแรงโน้มถ่วงที่เปลี่ยนแปลงไปจึงไม่ส่งผลต่อการเปรียบเทียบหรือการวัดที่ได้

สนามโน้มถ่วงของโลกไม่สม่ำเสมอ แต่สามารถเปลี่ยนแปลงได้มากถึง 0.5% ^{[ 23 ]}ในสถานที่ต่างๆ บนโลก (ดูแรงโน้มถ่วงของโลก ) การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ทำให้ความสัมพันธ์ระหว่างน้ำหนักและมวลเปลี่ยนแปลงไป และต้องนำมาพิจารณาในการวัดน้ำหนักที่มีความแม่นยำสูงซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อวัดมวลทางอ้อมเครื่องชั่งสปริงซึ่งวัดน้ำหนักเฉพาะที่ ต้องได้รับการสอบเทียบ ณ ตำแหน่งที่จะใช้วัตถุเพื่อแสดงน้ำหนักมาตรฐานนี้ เพื่อให้ถูกต้องตามกฎหมายสำหรับการค้า

ตารางนี้แสดงการเปลี่ยนแปลงของความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (และด้วยเหตุนี้จึงมีการเปลี่ยนแปลงของน้ำหนัก) ณ ตำแหน่งต่างๆ บนพื้นผิวโลก^{[ 24 ]}

การใช้คำว่า "น้ำหนัก" แทน "มวล" ในอดีตยังคงมีอยู่ในการใช้ศัพท์ทางวิทยาศาสตร์บางสาขา ตัวอย่างเช่น ศัพท์ ทางเคมีเช่น "น้ำหนักอะตอม" "น้ำหนักโมเลกุล" และ "น้ำหนักสูตร" ยังคงพบเห็นได้อยู่ แทนที่จะใช้คำว่า " มวลอะตอม " ที่นิยมใช้มากกว่า เป็นต้น

ในสนามแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกัน เช่น บนพื้นผิวของดวงจันทร์วัตถุอาจมีน้ำหนักแตกต่างจากบนโลกอย่างมาก แรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวของดวงจันทร์นั้นมีเพียงประมาณหนึ่งในหกของแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวของโลก มวลหนึ่งกิโลกรัมก็ยังคงเป็นมวลหนึ่งกิโลกรัม (เนื่องจากมวลเป็นคุณสมบัติโดยธรรมชาติของวัตถุ) แต่แรงดึงลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วง และด้วยเหตุนี้ น้ำหนักของวัตถุ จึงมีเพียงหนึ่งในหกของน้ำหนักที่วัตถุจะมีบนโลก ดังนั้น ชายคนหนึ่งที่มีมวล 180 ปอนด์จะมีน้ำหนักเพียงประมาณ 30 ปอนด์-ฟุตเมื่อไปเยือนดวงจันทร์

ความรู้สึกถึงน้ำหนักเกิดจากแรงที่กระทำโดยของเหลวในระบบเวสติบูลาร์ซึ่งเป็นชุดท่อสามมิติในหูชั้นใน แท้จริงแล้วมันคือความรู้สึกถึงแรงโน้มถ่วงไม่ว่าจะเป็นเพราะอยู่นิ่งภายใต้แรงโน้มถ่วง หรือหากบุคคลนั้นกำลังเคลื่อนที่ ก็เป็นผลมาจากแรงอื่นๆ ที่กระทำต่อร่างกาย เช่น ในกรณีของการเร่งความเร็วหรือการลดความเร็วของลิฟต์ หรือแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเมื่อเลี้ยวอย่างรวดเร็ว

โดยทั่วไป การวัดน้ำหนักมักใช้สองวิธี วิธีแรกคือเครื่องชั่งสปริง เครื่องชั่ง ไฮดรอลิก หรือเครื่องชั่งนิวแมติก ซึ่งวัดน้ำหนักเฉพาะที่ หรือ แรงโน้มถ่วงเฉพาะที่กระทำต่อวัตถุ (หรือที่เรียกว่าน้ำหนักปรากฏ ) เนื่องจากแรงโน้มถ่วงเฉพาะที่อาจแตกต่างกันได้ถึง 0.5% ในสถานที่ต่างๆ เครื่องชั่งสปริงจึงวัดน้ำหนักของวัตถุชิ้นเดียวกัน (มวลเท่ากัน) ได้แตกต่างกันเล็กน้อยในสถานที่ต่างๆ เพื่อให้ได้มาตรฐานน้ำหนัก เครื่องชั่งจึงต้องได้รับการสอบเทียบให้แสดงน้ำหนักที่วัตถุจะมี ณ แรงโน้มถ่วงมาตรฐานที่ 9.80665  m/s² ⁽ประมาณ 32.174  ft/s² ⁾อย่างไรก็ตาม การสอบเทียบนี้ทำที่โรงงาน เมื่อย้ายเครื่องชั่งไปยังสถานที่อื่นบนโลก แรงโน้มถ่วงจะแตกต่างกัน ทำให้เกิดข้อผิดพลาดเล็กน้อย ดังนั้น เพื่อให้มีความแม่นยำสูงและถูกต้องตามกฎหมายสำหรับการค้าเครื่องชั่งสปริงจึงต้องได้รับการสอบเทียบใหม่ ณ สถานที่ที่จะใช้งาน

ในทางกลับกัน เครื่องชั่งแบบคานจะเปรียบเทียบน้ำหนักของวัตถุที่ไม่ทราบค่าในจานชั่งด้านหนึ่งกับน้ำหนักของมวลมาตรฐานในอีกจานชั่งหนึ่ง โดยใช้ กลไก คาน – เครื่องชั่งแบบคาน มวลมาตรฐานมักถูกเรียกอย่างไม่เป็นทางการว่า "ตุ้มน้ำหนัก" เนื่องจากความแปรผันใดๆ ในแรงโน้มถ่วงจะส่งผลต่อทั้งน้ำหนักที่ทราบค่าและน้ำหนักที่ไม่ทราบค่าอย่างเท่าเทียมกัน ดังนั้นเครื่องชั่งแบบคานจะแสดงค่าเดียวกันในทุกตำแหน่งบนโลก ดังนั้น "ตุ้มน้ำหนัก" ของเครื่องชั่งจึงมักได้รับการสอบเทียบและทำเครื่องหมายเป็น หน่วย มวลเพื่อให้เครื่องชั่งแบบคานวัดมวลโดยการเปรียบเทียบแรงดึงดูดของโลกที่มีต่อวัตถุที่ไม่ทราบค่าและมวลมาตรฐานในจานชั่ง ในกรณีที่ไม่มีสนามโน้มถ่วง นอกระบบสุริยะ (เช่น อวกาศ) เครื่องชั่งแบบคานจะไม่ทำงาน แต่บนดวงจันทร์เป็นต้น มันจะให้ค่าที่อ่านได้เหมือนกับบนโลก เครื่องชั่งบางรุ่นทำเครื่องหมายเป็นหน่วยน้ำหนัก แต่เนื่องจากตุ้มน้ำหนักได้รับการสอบเทียบจากโรงงานสำหรับแรงโน้มถ่วงมาตรฐาน เครื่องชั่งจะวัดน้ำหนักมาตรฐาน นั่นคือ น้ำหนักที่วัตถุจะมีน้ำหนักที่แรงโน้มถ่วงมาตรฐาน ไม่ใช่แรงโน้มถ่วงที่แท้จริงในบริเวณนั้นๆ ที่กระทำต่อวัตถุ

หากต้องการทราบแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุจริง สามารถคำนวณได้โดยการคูณมวลที่วัดได้จากเครื่องชั่งด้วยความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง – ไม่ว่าจะเป็นแรงโน้มถ่วงมาตรฐาน (สำหรับการใช้งานทั่วไป) หรือแรงโน้มถ่วงเฉพาะที่ (สำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูง) สามารถค้นหาตารางความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงในสถานที่ต่างๆ ได้ทางอินเทอร์เน็ต

น้ำหนักรวม (Gross weight ) เป็นคำที่มักใช้ในแวดวงการค้าหรือธุรกิจ หมายถึงน้ำหนักรวมของผลิตภัณฑ์และบรรจุภัณฑ์ ในทางกลับกันน้ำหนักสุทธิ (Net weight)หมายถึงน้ำหนักของผลิตภัณฑ์เพียงอย่างเดียว โดยไม่รวมน้ำหนักของภาชนะหรือบรรจุภัณฑ์ และน้ำหนักภาชนะเปล่า (Tare weight)คือน้ำหนักของบรรจุภัณฑ์เพียงอย่างเดียว

ตารางด้านล่างแสดงค่าความเร่งโน้มถ่วงเปรียบเทียบที่พื้นผิวของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์แต่ละดวงในระบบสุริยะ "พื้นผิว" ในที่นี้หมายถึงชั้นเมฆของดาวเคราะห์ยักษ์ (ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน) สำหรับดวงอาทิตย์ "พื้นผิว" ในที่นี้หมายถึงชั้นโฟโตสเฟียร์ค่าในตารางนี้ยังไม่ได้หักลบผลกระทบจากแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางของการหมุนของดาวเคราะห์ (และอัตราความเร็วลมที่ชั้นเมฆของดาวเคราะห์ยักษ์) ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วจึงมีค่าใกล้เคียงกับแรงโน้มถ่วงที่แท้จริงที่จะเกิดขึ้นใกล้ขั้วโลก

ค้นหาคำว่า "น้ำหนักรวม"ในวิกิพีเดีย ซึ่งเป็นพจนานุกรมเสรี

• น้ำหนักตัวมนุษย์– มวลหรือน้ำหนักของบุคคล 
• น้ำหนักจำเพาะ– น้ำหนักต่อปริมาตรหนึ่งหน่วยของวัสดุ 
• น้ำหนักภาชนะ
• น้ำหนัก– หน่วยวัดน้ำหนักหน่วยภาษาอังกฤษ 
• รายการน้ำหนัก