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