Gravitation: die schwere Masse und die Gewichtskraft

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(Klassische Mechanik > Kräfte und Gravitation)

Beispiele

  • Flut und Ebbe in einem Hafen.
    Video:Sendung mit der Maus

  • Ein australischer Hund...

  • fällt auch nicht von der Erde runter!

  • Was zieht den Apfel nach unten?

  • Was ist auf dem Mond anders als auf der Erde?
    Video: Astronaut mit einem Hammer auf dem Mond.

  • Ein Kilogramm Karotten kosten 2,80€...

  • ...und werden auf einer Waage gewogen.

Massenanziehung (Gravitation)

  • Wir werden zur Erde hin angezogen, aber die Menschen in Australien auch!
  • Auf dem Mond fühlt man sich leichter!
  • Bei einem Magneten ziehen sich Nord- und Südpol bei großen Abständen weniger stark an.
Zwei Nordpole und der Südpol ziehen sich noch stärker an.
Ergebnis
  • Alle Gegenstände ziehen sich gegenseitig an!
  • Je mehr Masse sie haben, umso stärker ist die Anziehungskraft.
  • Je näher die Gegenstände sind, desto stärker ist die Anziehungskraft.

Wiegen

Eine Balkenwaage mit einem Satz Gewichtstücke.
Wie schwer ist das Stück Styropor?
  • Wie funktioniert dieWaage? Man vergleicht, wie stark der Gegenstand zur Erde gezogen wird also die Schwere!
  • Als Vergleichsgegenstände dienen genau hergestellte Gewichtsstücke.
Aber wie werden die Hergestellt? Woher weiß die Firma, was ein Kilogramm ist?
Was ist ein Kilogramm? (ntv-Mediathek)

Festlegung eines Kilogramms

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 vergleicht den Testgegenstand und das Standardkilogramm, indem man sie auf eine Balkenwaage legt und auf die gleiche Erdanziehung, genauer gesagt, auf die gleiche Gewichtskraft, prüft. Ist die Waage im Gleichgewicht, so hat der Testgegenstand auch eine Masse von 1kg.
  • Wie stellt man kleinere oder größere Gewichtstücke her?
Möchte man ein Gewichtstück mit 100g Masse haben, so muss man 10 identische Kopien herstellen, die auf der Waage mit dem Urkilogramm im Gleichgewicht sind.
  • 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)


Die Gewichtskraft und der Ortsfaktor

Die Kraft mit dem ein Gegenstand und die Erde zueinandergezogen werden, nennt man auch Gewichtskraft oder manchmal kurz nur Gewicht eines Gegenstandes. Je "größer" der Gegenstand, desto stärker die Gewichtskraft.

Die Stärke der Gewichtskraft hängt aber nicht nur von der "Größe" des Gegenstandes ab. Der gleiche Gegenstand wird auf der Erde und auf dem Mond eine unterschiedliche Gewichtskraft haben, obwohl er die gleiche Masse hat! Sogar auf der Erde kann man an verschiedenen Orten eine leichte Veränderung der Gewichtskraft messen. Die Gewichtskraft hängt also noch vom Ort ab, an dem der Gegenstand sich befindet.

Messung der Gewichtskraft

Aufbau

Um den Zusammenhang genau zu untersuchen, misst man die (schwere) Masse mit einer Balkenwaage und die Kraft mit einem Federkraftmesser. Man kann also einfach Gewichtsstücke bekannter Masse an einen Federkraftmesser hängen.

Messung
Ergebnis

F_g=mg g=10 N/kg (Ortsfaktor)

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