Masse und Gewicht sind leicht zu verwechseln. Der Unterschied ist mehr als nur etwas, das die Schüler bei den Hausaufgaben plagt – es steht an der Spitze der Wissenschaft. Sie können Kindern helfen, dies zu verstehen, indem Sie 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 besteht darin, dass Gewicht eine Kraft ist, Masse jedoch nicht. Eine einfache Gewichtsdefinition für Kinder lautet: Gewicht bezieht sich auf die Kraft, die die Schwerkraft auf ein Objekt ausübt. Eine einfache Massendefinition für Kinder lautet: Masse spiegelt die Menge an Materie (d. h. Elektronen, Protonen und Neutronen) wider, die ein Objekt enthält. Wir können eine Waage auf den Mond stellen und dort ein Objekt wiegen. Das Gewicht wird unterschiedlich sein, weil die Stärke der Schwerkraft unterschiedlich ist. Aber die Masse wird dieselbe sein.
Einige Massebeispiele für Kinder könnten unterschiedliche Mengen an Ton enthalten; wenn Tonstücke entfernt werden, nimmt die Masse des Objekts ab. Die Masse kann zu einer anderen Tonkugel hinzugefügt werden, um ihre Masse zu erhöhen.
In den Vereinigten Staaten messen Haushalts- und Handelswaagen das Gewicht in Pfund, einem Maß für die Kraft, während in In fast jedem anderen Land der Welt messen Waagen in metrischen Einheiten wie Gramm oder Kilogramm (1.000 .). Gramm). Auch wenn Sie sagen könnten, dass etwas 10 Kilogramm „wiegt“, sprechen Sie in Wirklichkeit von seiner Masse, nicht von Gewicht. In der Wissenschaft wird das Gewicht in Newton, der Einheit der Kraft, gemessen, im Alltag wird dies jedoch nicht verwendet.
Gewicht: Kraft aufgrund der Schwerkraft
Gewicht ist die Kraft, mit der die Schwerkraft auf einen Gegenstand einwirkt. Zur Umrechnung zwischen Masse und Gewicht verwendet man den Wert für die Erdbeschleunigung g = 9,81 Meter pro Sekunde zum Quadrat. Um das Gewicht W in Newton zu berechnen, multiplizieren Sie die Masse m in Kilogramm mit g: W = mg. Um Masse aus Gewicht zu erhalten, dividierst du das Gewicht durch g: m = W/g. Eine metrische Waage verwendet diese Gleichung, um Ihnen eine Masse zu geben, obwohl das Innenleben der Waage 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 das gleiche. Die Formeln gelten jedoch nur in Oberflächennähe, wo sich die Erdbeschleunigung mit dem Ort nicht wesentlich ändert. Weit von der Oberfläche entfernt 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 ruhende Objekte dazu neigen, in Ruhe zu bleiben, während bewegte Objekte dazu neigen, in Bewegung zu bleiben. Das zweite Newtonsche Gesetz besagt, dass die Beschleunigung a eines Objekts gleich der auf ihn wirkenden Nettokraft F geteilt durch seine Masse ist: a = F/m. Eine Beschleunigung ist eine Bewegungsänderung. Um den Bewegungszustand eines Objekts zu ändern, wenden Sie eine Kraft an. Die Trägheit oder Masse eines Objekts widersetzt sich der Veränderung.
Da die Beschleunigung eine Eigenschaft der Bewegung ist und keine Rolle spielt, können Sie sie messen, ohne sich Gedanken über Kraft oder Masse machen zu müssen. Angenommen, Sie üben eine bekannte mechanische Kraft auf ein Objekt aus, messen seine Beschleunigung und berechnen daraus seine Masse. Dies ist die träge Masse des Objekts. Sie stellen dann eine Situation her, in der die einzige Kraft auf das Objekt die Schwerkraft ist, und messen erneut seine Beschleunigung und berechnen seine Masse. Dies wird als Gravitationsmasse des Objekts bezeichnet.
Physiker haben sich lange gefragt, ob Gravitations- und Trägheitsmasse wirklich identisch sind. Die Idee, dass sie identisch sind, wird Äquivalenzprinzip genannt und hat wichtige Konsequenzen für die Gesetze der Physik. Seit Hunderten von Jahren führen Physiker sensible Experimente durch, um das Äquivalenzprinzip zu testen. Bis 2008 hatten die besten Experimente es zu einem Teil von 10 Billionen bestätigt.