Gewichte

Der Bildungsplan verlangt den physikalischen Fachbegriff „Masse“. Im Alltag sprechen wir jedoch häufiger vom „Gewicht“ oder davon, wie „schwer“ etwas ist. Ist das alles das gleiche oder muss man das unterscheiden? Der folgende Text ^[1] ist nicht für den Unterricht in Klasse 5/6 gedacht, sondern als Hintergrundwissen für die Lehrkraft. Er versucht zu erklären, warum Physikerinnen und Physiker diese Begriffe sorgsam voneinander trennen, und warum diese Trennung im Alltag so schwerfällt.

Warum ist das mit dem Gewicht so schwer?

• „Das Gewicht des Koffers ist 2 Kilogramm höher als für den Flug erlaubt ist.“
• „Das Gewicht des Koffers ist auf dem Mond kleiner als auf der Erde.“
• „Lisa legt ein Gewicht in die Waagschale.“
• „Je länger Lisa den Koffer an einer Hand trägt, desto schwerer wird er.“

Im Alltag versteht man diese vier Sätze ohne Schwierigkeiten. In ein Physikbuch würde man sie aber dennoch nicht schreiben. Wo steckt das Problem?

Gewicht

Das Gewicht ist ein Begriff der Alltagssprache, mit dem jeder gut umgehen kann. Probleme ergeben sich aber immer dann, wenn Gewicht im Sinne einer physikalischen Größe verwendet wird. Der Alltagsbegriff Gewicht wird in manchen Situationen wie die physikalische Größe Masse verwendet, während es in anderen Situationen für das benutzt wird, was die Physik durch die Größe Gewichtskraft beschreibt. Dadurch vereint der Alltagsbegriff Gewicht Eigenschaften, die in der Physik durch zwei unterschiedliche Größen beschrieben werden, die Masse und die Gewichtskraft .

Masse

Jeder Körper hat eine Masse . Diese Masse ist der Grund dafür, dass sich ein Körper nicht sofort beliebig beschleunigen oder abbremsen lässt: der Körper ist träge . Je größer die Masse eines Körpers ist, desto größer ist seine Trägheit und desto schwieriger kann er beschleunigt werden. Die Masse gibt man in der Regel in Kilogramm an.

Lisa muss an einem Rollkoffer mit großer Masse kräftig ziehen, um ihn zum Losrollen zu bewegen. Würde sie an einem ganzen Wagen voller Koffer ziehen, wäre es umso schwieriger, den Wagen in Bewegung zu versetzen. Umgekehrt kann sie einen Rollkoffer mit kleiner Masse sehr leicht toppen. Würde der ganze Koffer-Wagen auf sie zurollen, könnte sie diesen kaum aufhalten; vielleicht würde sie sogar zwischen dem Wagen und einer Wand eingequetscht werden.

Man hat herausgefunden, dass sich die Masse nie ^[2] ändert. Und wenn sich die Masse nie ändert, bleibt auch die Trägheit immer gleich. Dies kann man an einem kleinen Experiment verdeutlichen: Ein Tischtennisball auf einer Tischplatte kann durch leichtes Pusten in Bewegung versetzt werden. Bei einer gleich großen Messingkugel muss man hingegen sehr lange bzw. sehr stark pusten, um sie auf die gleiche Geschwindigkeit zu bringen. Würde man den Versuch mit dem Tischtennisball und der Messingkugel auf dem Mond oder in einer Raumstation machen, dürfte sich also nichts ändern: Jedesmal wäre der Tischtennisball viel einfacher zu beschleunigen als die Stahlkugel, denn die Masse ändert sich nie.
Das Experiment auf der Erde kann man selbst durchführen. Das Experiment auf der Raumstation haben Astronauten der europäischen aumfahrtagentur ESA durchgeführt und gefilmt. Es findet sich im Film Mission 1: Newton in Space : http://www.esa.int/Our_Activities/Human_Spaceflight/Education/ISS_DVD_Lesson_series

In beiden Fällen verhalten sich die Kugeln gleich. Die Masse und die Trägheit haben sich in der Raumstation nicht verändert. Auch das Experiment mit Lisas Koffer-Wagen ist so ähnlich im Film zu sehen:

Die Batterie hat eine große Masse . Sie ist sehr träge , kann also nur mit Mühe beschleunigt bzw. abgebremst werden. Wenn sie gegen den linken Astronauten prallt, hat dieser Probleme, sie abzubremsen. Er wird zwischen Batterie und Wand eingeklemmt.

Kommen wir zurück zu den Sätzen vom Anfang. Wenn wir mit dem Alltagsbegriff Gewicht die physikalische Größe Masse meinen, müssten wir die Sätze folgendermaßen formulieren:

• „Das Gewicht des Koffers ist 2 Kilogramm höher als für den Flug erlaubt ist.“
  „Die Masse des Koffers ist 2 Kilogramm höher als für den Flug erlaubt ist.“
• „Das Gewicht des Koffers ist auf dem Mond kleiner als auf der Erde.“
  „Die Masse des Koffers ist auf dem Mond genauso groß wie auf der Erde.“

^[1] Vielen Dank an Peter Schmälzle für die Anregung zu diesem Text und für die hilfreichen Rückmeldungen

^[2] Das „nie“ muss man eigentlich gleich wieder zurücknehmen: Ein technischer Experte III. Klasse beim Eidgenössischen Amt für geistiges Eigentum in Bern hatte zu Beginn des 20. Jahrhunderts erkannt, dass sich z.B. bei sehr hohen Geschwindigkeiten die Masse deutlich ändert. Bei den Geschwindigkeiten, mit denen wir es im Alltag und in diesem Text zu tun haben, spielt diese Änderung jedoch keine Rolle.

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