10.3 Massen sind schwer
Früher war die Bestimmung von Massen noch sichtbar. Man benutzte eine Balkenwaage (selbst auf dem Wochenmarkt beim "Auswiegen"). Heute sind Waagen elektronische Geräte, die mit Federn, Dehnungsmessstreifen oder Piezokristallen arbeiten.
Die Grundidee einer Massenbestimmung ist der Gewichtsvergleich:
Man legt die unbekannte Masse auf eine Seite der Balkenwaage und auf die andere so lange genormte Massenstücke ("Gewichte" genannt), bis der Balken waagerecht ist. Dann kann man sicher sein, dass die Massenstücke und die unbekannte Masse gleich stark von der Erde angezogen werden, also die gleiche Masse per Definition vorliegen muss.
Massen sind gleich, wenn sie gleichstark am gleichen Ort von der Erde angezogen werden, sie also gleichviel wiegen.
Man muss nur die Normmasse , die Vergleichsmasse, festlegen, diese ist das Kilogramm. Von 1889 bis 2019 gab es das Ur-Kilogramm, ein Körper aus 90% Platin (wird sehr wenig durch chemische Prozesse verändert) und 10% Iridium (macht das Ganze etwas Härter). Es wurde in Paris aufbewahrt und Kopien in alle Länder der Erde verteilt.
Um eine Kopie herzustellen, braucht man natürlich auch wieder Platin und Iridium und eine Balkenwaage. Wieso die Balkenwaage?
Immer wieder wurden Kopien und Prototyp verglichen. Das Ur-kg schien zu schrumpfen, wodurch auch immer...
Also machte man sich daran, 1 kg neu zu definieren.
2019: Die Neudefinition des kg
Das soll uns hier nur am Rande interessieren:
Man legt das kg über die sog. Plancksche Konstante h fest. Das ist die kleinste Wirkung, die es in unserer Welt gibt. Ihr werdet in Q3 darüber viel erfahren.
Sie hat die Einheit: kg*m²/sec. Ihr Zahlenwert ist inzwischen festgelegt, ebenso kennt man die Festlegung für m und sec. Also kann an den "kg-Anteil" herausrechnen.
Praktisch gibt es dazu zwei Verfahren, die Watt-Waage und das Zählen von Atomen.
Letztlich kann man sagen: 2,15 * 10^25 Si28 Atome bilden eine Masse von 1 kg.
Natürlich zählt niemand diese Atome, sondern auch hier wird letztlich gewogen.
Für uns ist eine Sache sehr wichtig:
Nur über die Schwerkraft haben wir festgelegt, was 1 kg bedeutet.
Wir werden deshalb die so bestimmte Masseneinheit eine schwere Masse nennen.
Fragen: Sind schwere Massen auf dem Mond so groß wie auf der Erde?
Wie bestimmen Astronauten in der ISS unter Schwerelosigkeit eine schwere Masse? Eine Balkenwaage macht da keinen Sinn, oder?
Überlegt euch mal, wie ein Astronaut unter Schwerelosigkeit mit einer Balkenwaage eine Masse messen könnte, vorausgesetzt er passt auf und macht nichts kaputt....
Was wir gelernt haben:
Über einen Gewichtsvergleich mittels Balkenwaage (wir werden später lernen, dass Gewichte Kräfte sind, und zwar Schwerkräfte) kann man die schwere Masse eines Körpers bestimmen, wenn denn ein Ur-kg festgelegt ist.
Was wir nicht gelernt haben:
Was misst denn eigentlich 1 kg? Was IST denn eine Masse...?
Auf zu den nächsten Posts..., Einstein wartet...
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