Gewichtskraft

Der Alltagsbegriff Gewicht kann auch Eigenschaften meinen, die in der Physik durch die Gewichtskraft beschrieben werden.

Die Masse ist eine Eigenschaft eines Körpers. Kräfte wirken aber immer zwischen zwei Körpern: Der Koffer am Bahnsteig und die Erde ziehen sich gegenseitig an. Diese anziehende Kraft auf einen Körper – z.B. Lisas Koffer auf der Erde – nennt man Gewichtskraft . Die Gewichtskraft gibt man in der Regel in Newton an. Da z.B. die Massen von Erde und Mond sehr unterschiedlich sind, hängt die Gewichtskraft vom Ort ab, an dem sich ein Körper befindet. Je größer die Masse ist, umso größer ist auch die Gewichtskraft .

Deshalb führt ein Standortwechsel von der Erde zum Mond oder auf eine Raumstation dazu, dass derselbe Körper dort eine andere Gewichtskraft erfährt als auf der Erde. Auf dem Mond ist die Gewichtskraft auf Lisas Koffer nur etwa ein Sechstel so groß wie auf der Erde. Auf der Raumstation würde der Koffer gar keine Gewichtskraft mehr erfahren. Im Alltag würde man sagen, dass sich das Gewicht des Koffers auf dem Mond bzw. in der
Raumstation verändert. Dies kann man sich auch wieder im Film anschauen:

Wenn wir mit dem Alltagsbegriff Gewicht die physikalische Größe Gewichtskraft meinen, müssten den zweiten Alltagssatz also folgendermaßen formulieren:

• „Das Gewicht des Koffers ist auf dem Mond kleiner als auf der Erde.“
  „Die Gewichtskraft , die auf dem Mond auf den Koffer wirkt , ist kleiner als die Gewichtskraft , die auf der Erde auf den Koffer wirkt .“

Neben der Bedeutung als Gewichtskraft taucht das Gewicht auch noch in anderen Alltagsbegriffen auf, z.B. als Gewicht , das man zum Abwiegen auf eine Waagschale stellt. Um Verwirrungen zu vermeiden, sind Physikerinnen und Physiker daher darauf bedacht, die Begriffe im Unterricht eindeutig zu verwenden:

Warum fällt uns im Alltag die Unterscheidung so schwer?

Masse ist der Grund für Trägheit , und Masse ist der Grund für die Gewichtskraft . Die Gewichtskraft hängt vom Ort ab, die Trägheit nicht. Erst wenn man den Ort ändert (indem man z.B. zum Mond fliegt), merkt man also, dass Masse und Gewichtskraft zwei unterschiedliche Konzepte sind. Bleibt man auf der Erde, ist die Unterscheidung nur abstrakt.

Daher ist es für uns im Alltag auch kaum nachzuvollziehen, dass man Masse und Gewichtskraft unterscheiden müsste: Wir geben die Masse des Koffers in Kilogramm an, nachdem wir ihn auf die Badezimmerwaage gestellt habt. Dabei misst die Waage die Gewichtskraft . Sie würde auf der Raumstation 0 kg anzeigen, obwohl sich die Masse des Koffers nicht geändert hat. Und in den meisten populärwissenschaftlichen Sendungen wird umgekehrt die Gewichtskraft in Kilogramm oder Tonnen angegeben.

Im Baustein B06 wird die Masse mit Balkenwaage oder Federwaage bestimmt. Auch hierbei nutzt man die Gewichtskraft aus. Beide Geräte würden also auf der ISS gar nicht funktionieren. Auf dem Mond würde die Federwaage einen zu kleinen Wert anzeigen (1/6 der korrekten Masse ), die Balkenwaage hingegen den korrekten Wert, da hier Massen verglichen werden (beide Seiten werden schwächer angezogen, aber wenigstens gleich schwach).

Eine Bestimmung der Masse auf der ISS funktioniert nur über die Trägheit : man beschleunigt den Astronauten und bremst ihn wieder ab. Dies geht am besten mit Hilfe von Federn. Aus der Schwingung kann man die Masse berechnen. Ein Beispiel für eine solche Astronautenwaage (als Schülerexperiment) findet man in folgendem Video: https://www.youtube.com/watch?v=btdR_2b3hWo

Gewichte: Herunterladen [docx] [234 KB]

Gewichte: Herunterladen [pdf] [222 KB]

Weiter zu Schweregefühl