Massenträgheit; die träge Masse

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(Klassische Mechanik > Trägheit und Impuls)

Beispiele


Versuch: Ein Autounfall

Aufbau

Ein Auto mit Beladung fährt gegen ein Hindernis.

Beobachtung

Die Beladung "fliegt nach vorne" vom Auto herunter.

Oder ist es das Auto, das gebremst wird?

  • Video eines Unfalls mit einem Weihnachtsbaum auf dem Auto. (youtube: "Unser Xmas-Crashtest zum Fest: Jetzt fliegt der Weihnachtsbaum" von "adac")
Interpretation

Das Auto und seine Beladung sind träge. Von Außen betrachtet wird das Auto wird durch den Aufprall gebremst, aber die Ladung nicht!

Aus Sicht der AutofahrerIn wird die Ladung beim Unfall nach vorne gezogen. Diese andere Sichtweise ist ebenso möglich. Zunächst ist es für uns einfacher den Unfall von Außen zu beschreiben. Zum Wechsel von Bezugssystemen kann man sich mit dem Arbeitsplan oder hier informieren.

Versuch: Hammer und Nagel

Versuch: Schuhe ausklopfen

Versuch: Die Ketchupflasche

Versuch: Eine Waage für den Weltraum

Waage weltraum.jpg

Im Weltraum funktionieren die meisten "normalen" Waagen nicht mehr. Aber trotzdem kann man sich auch dort wiegen!

Der Sitz dieser "Weltraumwaage" ist zwischen zwei Federn gespannt und kann so frei schwingen.

  • Erläutern Sie, warum man mit dieser Waage die (träge) Masse der Astronautin bestimmen kann.
Aufbau
  • Bürostuhl anschieben und abbremsen (Auto anschieben und abbremsen)
  • Wagen mit Feder auf Schiene
(Ein Video mit einer ähnlichen "body mass measurement device" der NASA findet sich hier.)

Trägheitsgesetz (1. Newtonsches Axiom)

Ohne Wechselwirkung mit einem anderen Gegenstand bleibt ein Körper in Ruhe
oder er behält seine geradlinige Bewegung bei.

Veränderungsgesetz (2. Newtonsches Axiom)

Durch Drücken oder Ziehen an einem Gegenstand kann man seine Bewegung verändern.
Drückt oder zieht man gegen die Fahrtrichtung, so bremst man.
Beim Drücken oder Ziehen in Fahrtrichtung wird der Gegenstand beschleunigt und
beim Drücken oder Ziehen quer zur Fahrtrichtung die Richtung geändert.

Muss man zur Änderung der Bewegung "sehr stark" Drücken oder Ziehen, so hat der Gegenstand eine große träge Masse.

Definition der Masse

Die Kopie "K4" des Standardkilogramms ist eine Kopie für die USA und wird im National Institute of Standards and Technology aufbewahrt.
  • Um die Masse von 1kg festzulegen, wurde 1878 in Frankreich ein Gegenstand angefertigt, der definitionsgemäß die Masse von 1kg hat: Das Standard- oder Ur-Kilogramm.
Es ist ein Platin-Iridium-Zylinder von 39 Millimeter Höhe und 39 Millimeter Durchmesser und wird im Bureau International des Poids et Measures (BIPM) in Sèvres aufbewahrt. Von diesem Standard-Kilogramm wurden Kopien hergestellt und in viele Länder der Welt gebracht. Die deutsche Kopie hütet die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig.
  • Wie wird danach verglichen?
Man könnte nun einen Testgegenstand mit dem Standardkilogramm vergleichen, indem man beide schüttelt oder bremst oder beschleunigt, also auf gleiche Trägheit untersucht. Reagieren beide gleich, so haben auch beide eine Masse von 1kg.
Das wird aber so in der Praxis nicht gemacht. Man vergleicht die Testmasse und das Standardkilogramm, indem man sie auf eine Balkenwaage legt und auf die gleiche Erdanziehung prüft. Es wird also gar nicht die Eigenschaft der Trägheit verglichen, sondern die der Schwere.
Bisher hat man aber auch bei genauesten Messungen noch keine zwei Gegenstände finden können, die in ihrer Schwere übereinstimmen und nicht in ihrer Trägheit. Man nennt das auch Äquivalenz von träger und schwerer Masse.
  • Auf der Suche nach einer besseren Definition
Was ist ein Kilogramm? (ntv-Mediathek)
Das rundeste Objekt der Welt! (mit deutschen Untertiteln)
World's Roundest Object! (Veritasium)
How We're Redefining the kg (Veritasium)


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