Massen durch Wiegen bestimmen

Wir hatten bereits kennengelernt, was eine Masse ist und dass deren Basiseinheit „Gramm“ heißt.

Mit der Angabe von Massen können wir beschreiben, wie schwer die Dinge um uns herum sind. Zum Beispiel: „Das Auto wiegt 1,2 Tonnen und der Fahrer wiegt 80 kg.“

Doch wie können wir die Massen (bzw. das Gewicht) eines Körpers bestimmen? … Hierzu müssen wir den Körper wiegen.

Wiegen ist eine Tätigkeit, bei der wir eine Masse bestimmen, indem wir eine Waage als Messinstrument zur Hilfe nehmen. Dabei ist die Waage genormt mit der Maßeinheit Gramm bzw. Kilogramm.

Der Körper wird auf die Waage gestellt und die Masse bestimmt.

Wir ordnen also einem Körper eine Zahl mit einer Einheit zu (z. B. 1 500 g), die die Masse beschreibt.

Abbildung 1 Küchenwaage zum Wiegen von Gegenständen bis zu 2 Kilogramm (2000 Gramm)
Abbildung 1: Küchenwaage zum Wiegen von Gegenständen bis zu 2 Kilogramm (2000 Gramm)

Was benötigen wir also zum Bestimmen von Massen:

Zum Wiegen von Körpern benötigen wir einerseits ein festgelegtes Maß (1 Gramm ist weltweit immer gleich schwer) und andererseits ein Messgerät, das genau 1 Gramm (oder Kilogramm) wiedergeben kann.

Bekannte Messgeräte zum Wiegen sind:

  • Personenwaage
  • Küchenwaage
  • Briefwaage
  • Plattformwaage
  • Fahrzeugwaage

Dabei ist zwischen mechanischen und elektronischen Waagen zu unterscheiden.

Abbildung 2 Masse des Körpers in Kilogramm mit einer Waage wiegen (bzw. Gewicht in Newton)
Abbildung 2: Masse des Körpers in Kilogramm mit einer Waage wiegen (bzw. Gewicht in Newton)

Die Gewichtskraft berechnet sich übrigens, indem man die Masse mit der Erdanziehungskraft von 9,81 N/kg multipliziert. Für das Beispiel: 54 kg · 9,81 N/kg ≈ 530 N

Einsatz von Waagen

Waagen finden wir im Alltag in verschiedenen Orten:

  • in Küchen, um die richtige Menge einer Zutat zu ermitteln (Küchenwaage)
  • in Badezimmern oder bei Ärzten, um das Gewicht einer Person zu bestimmen (Personenwaage)
  • auf Märkten, um Gemüse, Obst und andere Güter zu wiegen und dann den Preis zu berechnen
  • in Büros (Briefwaage)
  • beim Tierarzt (Plattformwaage)
  • in Autowerkstätten, um Autos zu wiegen (Fahrzeugwaage)
  • viele verschiedene Waagen in der Industrie, im Handel und in der Forschung (Kranwaagen, Laborwaagen, Bodenwaagen, Durchfahrwaagen, Inventurwaagen, Stuhlwaagen, Flachwaagen, Babywaagen, Pferdewaagen, …)

Wiegen durchführen

Das Wiegen von Körpern ist nicht schwierig, sofern es nicht sehr kleine oder sehr große Körper sind.

Für Werte von 0 g bis 1000 g lässt sich eine Briefwaage oder eine Küchenwaage verwenden.

Für Werte von 0 kg bis 200 kg können wir eine Personenwaage verwenden.

Für Werte von 0 kg bis 2 000 kg kann eine Fahrzeugwaage eingesetzt werden.

Schritte der Messung:

  1. Den zu wiegenden Körper bestimmen.
  2. Festlegung der Maßeinheit für den Messwert (g oder kg)
  3. Die passende Waage wählen.
  4. Durchführen der Messung: Körper auf Waage legen.
  5. Abweichungen beachten. Ggf. mehrfach wiegen.
  6. Messwert festlegen und notieren.

Kurze Geschichte des Kilogramms

Das Kilogramm wurde das erste Mal im Jahr 1795 festgelegt als die Masse eines Liters Wassers. – Dies war jedoch sehr ungenau.

Im Jahr 1889 wurde ein metallener Zylinder (aus den Metallen Platinum und Iridium) verwendet, um die Masse von 1 Kilogramm festzulegen. Dieser Zylinder galt als „Kilogrammprototyp“ und galt als internationaler Standard bis zum Jahr 2019.

Wissenschaftler wollten jedoch keinen Gegenstand als Festlegung eines Kilogramms verwenden, sondern wählten eine Naturkonstante, die davon unabhängig ist. Seit dem Jahr 2019 gilt diese Festlegung:

Ein Kilogramm ist über den Wert der „Planck-Konstante h“ mit 6,62607015·10-34 festgelegt.

Das klingt kompliziert, ist es auch, denn zum Verstehen werden Kenntnisse der Quantenphysik vorausgesetzt.