Inhalt
- Masse versus Gewicht
- Einheiten für Masse und Gewicht
- Gewicht: Schwerkraft
- Newtons Bewegungsgesetze
- Gravitation versus Trägheitsmasse
Masse und Gewicht sind leicht zu verwechseln. Der Unterschied ist mehr als etwas, das die Schüler bei den Hausaufgaben plagt - er steht an der Spitze der Wissenschaft. Sie können Kindern helfen, dies zu verstehen, indem Sie die Einheiten durchgehen und die Schwerkraft diskutieren, woher die Masse kommt und wie sich Masse und Gewicht in verschiedenen Situationen verhalten.
Masse versus Gewicht
Ein wichtiger Unterschied zwischen Masse und Gewicht ist, dass Gewicht eine Kraft ist, während Masse keine ist. Das Gewicht bezieht sich speziell auf die Kraft, die die Schwerkraft auf ein Objekt ausübt. Die Masse reflektiert die Menge an Materie (d. H. Elektronen, Protonen und Neutronen), die ein Objekt enthält. Wir können eine Waage auf den Mond legen und dort einen Gegenstand wiegen. Das Gewicht ist unterschiedlich, da die Schwerkraft unterschiedlich ist. Aber die Masse wird gleich sein.
Einheiten für Masse und Gewicht
In den USA messen Haushalts- und Handelswaagen das Gewicht in Pfund, ein Maß für die Kraft, während in fast jedem anderen Land der Welt die Waagen in metrischen Einheiten wie Gramm oder Kilogramm (1.000 Gramm) gemessen werden. Auch wenn Sie sagen, dass etwas 10 Kilogramm „wiegt“, sprechen Sie tatsächlich von seiner Masse, nicht von seinem Gewicht. In der Wissenschaft wird das Gewicht in Newton, der Einheit der Kraft, gemessen, aber dies wird im täglichen Leben nicht verwendet.
Gewicht: Schwerkraft
Gewicht ist die Kraft, mit der die Schwerkraft auf ein Objekt einwirkt. Um zwischen Masse und Gewicht umzurechnen, verwenden Sie den Wert für die Erdbeschleunigung g = 9,81 Meter pro Quadratsekunde. Um das Gewicht W in Newton zu berechnen, multiplizieren Sie die Masse m in Kilogramm mit g: W = mg. Um die Masse aus dem Gewicht zu erhalten, dividieren Sie das Gewicht durch g: m = W / g. Eine metrische Skala verwendet diese Gleichung, um eine Masse zu erhalten, obwohl das Innenleben der Skala auf Kraft reagiert.
Bei Kindern ist es hilfreich, über das Gewicht auf einem anderen Planeten, dem Mond oder einem Asteroiden, zu sprechen. Der Wert von g ist unterschiedlich, aber das Prinzip ist dasselbe. Die Formeln gelten jedoch nur in der Nähe der Oberfläche, wo sich die Gravitationsbeschleunigung nicht stark mit dem Ort ändert. Weit entfernt von der Oberfläche müssen Sie die Newtonsche Formel für die Gravitationskraft zwischen zwei entfernten Objekten verwenden. Wir bezeichnen diese Kraft jedoch nicht als Gewicht.
Newtons Bewegungsgesetze
Newtons erstes Bewegungsgesetz besagt, dass Objekte in Ruhe dazu neigen, in Ruhe zu bleiben, während Objekte in Bewegung dazu neigen, in Bewegung zu bleiben. Das zweite Newtonsche Gesetz besagt, dass die Beschleunigung a eines Objekts gleich der Nettokraft F ist, geteilt durch seine Masse: a = F / m. Eine Beschleunigung ist eine Änderung der Bewegung. Um den Bewegungszustand eines Objekts zu ändern, wenden Sie eine Kraft an. Die Trägheit oder Masse eines Objekts widersteht der Veränderung.
Gravitation versus Trägheitsmasse
Da die Beschleunigung eine Eigenschaft der Bewegung ist und keine Rolle spielt, können Sie sie messen, ohne sich um Kraft oder Masse sorgen zu müssen. Angenommen, Sie üben eine bekannte mechanische Kraft auf ein Objekt aus, messen dessen Beschleunigung und berechnen daraus dessen Masse. Dies ist die Trägheitsmasse des Objekts. Sie arrangieren dann eine Situation, in der die einzige Kraft auf das Objekt die Schwerkraft ist, und messen erneut seine Beschleunigung und berechnen seine Masse. Dies nennt man die Gravitationsmasse des Objekts. Physiker haben sich lange gefragt, ob Gravitations- und Trägheitsmasse wirklich identisch sind. Die Vorstellung, dass sie identisch sind, nennt man das Äquivalenzprinzip und hat wichtige Konsequenzen für die Gesetze der Physik. Seit Hunderten von Jahren führen Physiker empfindliche Experimente durch, um das Äquivalenzprinzip zu testen.Ab 2008 hatten die besten Experimente es zu einem Teil in 10 Billionen bestätigt.