Massenträgheit; die träge Masse: Unterschied zwischen den Versionen

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Bild:Russell_pouring_ketchup_at_Elmo's_Diner.jpg|Wie kriegt man bloß den Ketchup aus der Flasche?
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Im Weltraum funktionieren die meisten "normalen" Waagen nicht mehr. Aber trotzdem kann man sich auch dort wiegen!
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Bild:Versuch Schachtel Münze.jpg|Klopfe auf die Schachtel wie es der Pfeil angibt.<br>Was passiert?
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Bild:Overloaded_car_in_west_Africa.jpg|Wenn da mal nichts runterfällt! <br/>(Video: [http://www.youtube.com/watch?v=pDXEb8mQ11M Jetzt fliegt der Weihnachtsbaum])
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Bild:Straßenbahn fahren.jpg|In der Straßenbahn sollte man sich festhalten...<br>(Videos: [http://www.dailymotion.com/video/x2u62lh Wenn man im Zug hochspringt...] [http://www.ardmediathek.de/tv/Kopfball/Komplette-Sendung-vom-07-10-2012/Das-Erste/Video?bcastId=443428&documentId=35897152 oder im Bus (ab 11.55 min).])
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Bild:Shopping_cart_New_York.jpg|Schon mal mit einem leeren Einkaufswagen
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Bild:Einkaufswagen_voll.png|oder mit einem vollen Einkaufswagen durch einen Laden gefahren?
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Bild:Waage_weltraum.jpg|Mit dieser Waage kann man sich im Weltraum wiegen. ([https://vimeo.com/465955155 Video: SLAMMD der ISS]) <br/>([http://www.youtube.com/watch?v=8rt3udip7l4 Video: Schwingungswaage in der ISS])
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Der Sitz dieser "Weltraumwaage" ist zwischen zwei Federn gespannt und kann so frei schwingen.
 
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*Erläutern Sie, warum man mit dieser Waage die Masse der Astronautin bestimmen kann.
 
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*Bürostuhl anschieben und abbremsen (Auto anschieben und abbremsen)
 
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*Wagen mit Feder auf Schiene
 
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(Ein Video mit einer ähnlichen "body mass measurement device" der NASA findet sich [http://www.youtube.com/watch?v=8rt3udip7l4 hier].)
 
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*[http://www.youtube.com/watch?v=qE4OoE93fX0&feature=related youtube: "SLAMMD" (Space Linear Acceleration Mass Measurement Device) von "Kowch737"]
 
  
 
===Versuch: Ein Autounfall===
 
===Versuch: Ein Autounfall===
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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 [[Bezugssysteme - Ein Arbeitsplan|Arbeitsplan]] oder [[Wechsel des Bezugssystems (Inertialsysteme)|hier]] informieren.
 
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 [[Bezugssysteme - Ein Arbeitsplan|Arbeitsplan]] oder [[Wechsel des Bezugssystems (Inertialsysteme)|hier]] informieren.
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===Versuch: Die Münze in der Streichholzschachtel===
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#Die Münze bewegt sich nach Innen und fällt in die Schachtel.
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#Die Münze wackelt, bleibt aber am Ort.
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#Die Münze bewegt sich nach Außen und fällt auf den Boden.
  
 
===Versuch: Hammer und Nagel===
 
===Versuch: Hammer und Nagel===
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===Versuch: Schuhe ausklopfen===
 
===Versuch: Schuhe ausklopfen===
 
===Versuch: Die Ketchupflasche===
 
===Versuch: Die Ketchupflasche===
  
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===Versuch: Eine Waage für den Weltraum===
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[[Datei:Waage_weltraum.jpg|thumb]]
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Im Weltraum funktionieren die meisten "normalen" Waagen nicht mehr. Aber trotzdem kann man sich auch dort wiegen!
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Der Sitz dieser "Weltraumwaage" ist zwischen zwei Federn gespannt und kann so frei schwingen.
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*Erläutern Sie, warum man mit dieser Waage die (träge) Masse der Astronautin bestimmen kann.
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*Bürostuhl anschieben und abbremsen (Auto anschieben und abbremsen)
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*Wagen mit Feder auf Schiene
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*[https://vimeo.com/465955155 youtube: "SLAMMD" (Space Linear Acceleration Mass Measurement Device) von "Kowch737"]
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:(Ein Video mit einer ähnlichen "body mass measurement device" der NASA findet sich [http://www.youtube.com/watch?v=8rt3udip7l4 hier].)
  
 
==Trägheitsgesetz (1. Newtonsches Axiom)==
 
==Trägheitsgesetz (1. Newtonsches Axiom)==
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Ohne Einflussnahme bleibt ein Körper in Ruhe oder er behält seine Bewegung bei.
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==Veränderungsgesetz (2. Newtonsches Axiom)==
 
==Veränderungsgesetz (2. Newtonsches Axiom)==
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Durch Drücken oder Ziehen, dem Einwirken einer Kraft, kann man die Bewegung eines Körpers verändern.
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Eine Kraft kann bremsen, beschleunigen oder die Richtung ändern.
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Je größer die träge Masse eines Körpers ist, desto mehr Kraft muss aufgewendet werden.
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Durch Drücken oder Ziehen an einem Gegenstand kann man seine Bewegung verändern.
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<br>Drückt oder zieht man gegen die Fahrtrichtung, so bremst man.
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<br>Beim Drücken oder Ziehen in Fahrtrichtung wird der Gegenstand beschleunigt und
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<br>beim Drücken oder Ziehen quer zur Fahrtrichtung die Richtung geändert.
  
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==Links==
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Muss man zur Änderung der Bewegung "sehr stark" Drücken oder Ziehen, so hat der Gegenstand eine große träge Masse.
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*[http://www.youtube.com/watch?v=c363AaSpObQ&feature=related youtube: "Mass And Weight" von "Kowch737"]
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==Definition der Masse==
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*[http://www.youtube.com/watch?v=qE4OoE93fX0&feature=related youtube: "SLAMMD" (Space Linear Acceleration Mass Measurement Device) von "Kowch737"]
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[[Datei:Standard_Kilogramm_K4.jpg|thumb|Die Kopie "K4" des Standardkilogramms ist eine Kopie für die USA und wird im National Institute of Standards and Technology aufbewahrt.]]
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*[http://www.youtube.com/watch?v=8rt3udip7l4 youtbe: Mass Measurement in Space] (Schwingungswaage)
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*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.
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*[http://www.youtube.com/watch?v=5C5_dOEyAfk&feature=related youtube: "Feather & Hammer Drop on Moon" von "nikzane"]
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: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 [http://www.ptb.de/cms/themenrundgaenge/hueterindereinheiten/das-si/kilogramm.html Physikalisch-Technische Bundesanstalt] in Braunschweig.
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*Wie wird danach verglichen?
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: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.
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: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.
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: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.
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*Auf der Suche nach einer besseren Definition
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:[http://www.n-tv.de/mediathek/videos/wissen/Was-ist-ein-Kilogramm-article1002836.html Was ist ein Kilogramm?] (ntv-Mediathek)
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:[http://www.cartoonland.de/archiv/rundeste-objekt-welt/ Das rundeste Objekt der Welt!] (mit deutschen Untertiteln)
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:[http://www.youtube.com/watch?v=ZMByI4s-D-Y&feature=youtu.be World's Roundest Object!] (Veritasium)
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:[https://www.youtube.com/watch?v=Oo0jm1PPRuo How We're Redefining the kg] (Veritasium)
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<br style="clear: both" />
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==Links==
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*Video: [https://vimeo.com/465955155 "SLAMMD" (Space Linear Acceleration Mass Measurement Device) der ISS] (youtube: "Kowch737"]
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*Video: [http://www.wdrmaus.de/filme/sachgeschichten/traegheit.php5 Maus Sachgeschichte: Trägheit] (WDR, 1989)
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*Video: [http://www.youtube.com/watch?v=pDXEb8mQ11M Jetzt fliegt der Weihnachtsbaum] youtube: von "ADAC"
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*Video: [http://www.dailymotion.com/video/x2u62lh Wenn man im Zug hochspringt...] (WDR: Wissen macht Ah! "Was ist das Newtonsche Gesetz?")
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*Video: [http://www.ardmediathek.de/tv/Kopfball/Komplette-Sendung-vom-07-10-2012/Das-Erste/Video?bcastId=443428&documentId=35897152 Schwebende Gegenstände im bremsenden Bus...] ab 11:55 min (ARD Kopfball, 07. Oktober 2012)
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*Video: [http://www.youtube.com/watch?v=c363AaSpObQ&feature=related "Mass And Weight" in der ISS ] (youtube: "Kowch737")
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*Video: [http://www.youtube.com/watch?v=8rt3udip7l4 Mass Measurement in Space / Schwingungswaage] (youtube: "Kowch737")
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*Video: [http://www.youtube.com/watch?v=5C5_dOEyAfk&feature=related "Feather & Hammer Drop on Moon"] (youtube: "nikzane")

Aktuelle Version vom 14. September 2021, 16:35 Uhr

(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: Die Münze in der Streichholzschachtel

Klopfe auf die Schachtel wie es der Pfeil angibt.
Was passiert?
  1. Die Münze bewegt sich nach Innen und fällt in die Schachtel.
  2. Die Münze wackelt, bleibt aber am Ort.
  3. Die Münze bewegt sich nach Außen und fällt auf den Boden.

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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