Kraft und Ortsfaktor

Vorwissen

Für #Zusammenhang zwischen Masse und Gewichtskraft: Hookesches Gesetz

Einleitung

Wie wir bei der beschleunigten Bewegung gesehen haben können wir mit einem Gewicht einen kleinen Wagen antreiben, wir können sagen, dass das Gewicht mit einer Kraft an dem Wagen zieht.

Definition Kraft

Wir kennen den Begriff Kraft aus dem Alltag, z.B. als Muskelkraft, Antriebskraft oder auch als verschiedene Naturkräfte.

Allgemein gilt: durch Ausübung einer Kraft kann ein Körper die Bewegung eines anderen beeinflussen.

Die Einheit der Kraft ist

Masse und Gewichtskraft

Wir könnten der Einfachheit halber sagen, dass die Masse den Wagen anzieht und beschleunigt. Diese Masse - so wurde es zumindest in der 7. Klasse beigebracht - lässt sich mit einer Waage messen. Jedoch kann man durch ein einfaches Experiment zeigen, dass eine Waage nicht die Masse sondern genauer gesagt die Gewichtskraft eines Massestücks misst.

Versuchsdurchführung

Wir binden einen Stein oder ein schweres Gewicht auf eine Waage und lassen bedes zusammen fallen. (s. YouTube)

Beobachtung

Während des Fallens zeigt die Waage kein Gewicht an. Die Masse ändert sich aber nicht beim Fallen.

Erklärung

Die Waage zeigt nicht die Masse des Körpers an, sondern dessen Gewichtskraft, d.h. die Kraft, mit der der Körper von der Erde angezogen wird.

Hinweis: Da natürlich die Gewichtskraft (zumindest bei unbewegten, nicht fallenden Körpern) von der Masse abhängt, kann eine Waage diese Gewichtskraft in eine Masse umrechnen und anzeigen!

Zusammenhang zwischen Masse und Gewichtskraft, Ortsfaktor

Um herauszufinden bzw. zu messen, wie genau die Gewichtskraft von der Masse abhängt, führen wir zuerst das Hookesche Gesetz ein.

Mithilfe dem Hookeschen Gesetz können wir den Zusammenhang sehr einfach selbst bestimmen. Hierfür nutzen wir einen Federkraftmesser mit einer geeichten Skala. An diesen hängen wir Massestücke mit bekannter Masse und können dann ablesen, mit welcher Gewichtskraft diese Massestücke "nach unten" gezogen werden.

Hier zeigt sich, dass der Quotient aus der Kraft und der Masse konstant ist. Diesen nennen wir Ortsfaktor :

Dieser Wert bedeutet, dass ein Körper mit der Masse mit einer Gewichtskraft von etwa von der Erde angezogen wird.

Diskussion Ortsfaktor

Der Begriff Ortsfaktor (teilweise auch Erdbeschleunigung) deutet schon an, dass dieser vom Ort abhängt an dem dieser gemessen wird. Tatsächlich ist der Wert von nur ein Durchschnittswert für die Erde und schwankt auf der Erde zwischen etwa und .

(Hier kann auf einer Karte der Ortsfaktor für verschliedene Orte auf der Erde nachgeschlagen werden: Gravity Information System PTB)

Er hängt ab von der Masse der Erde und deren Verteilung, da die Dichte des Erdkerns nicht gleichmäßig ist. Außerdem hängt der Wert davon ab, wie weit wir von der Erde, vereinfacht gesagt vom Erdmittelpunkt entfernt sind. Das bedeutet, dass z.B. auf einem Berg dieser Faktor etwas niedriger ist als in einem Tal.

Daraus können wir schon schlißen, dass auf anderen Planeten - und natürlich auch auf dem Mond - dieser Ortsfaktor ebenso unterschiedlich ist. Einige Beispiele:

Himmelskörper	Ortsfaktor
Mond
Merkur
Venus
Mars
Jupiter
Saturn
Uranus
Neptun
Sonne

(Quelle: LEIFI-Physik)

Hinweis: Da man diese Werte für andere Planeten schlechter nachmessen kann schwanken diese, je nach Quelle, leicht und weichen von diesen Werten ab.