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Grundwissen Physik Klasse 8

 

Unterrichtseinheit Dichte, Masse und Gewichtskraft

 

Inhalt:

Grundwissen für das Fach Physik.

  • Masse
  • Gewichtskraft
  • Dichte
  • Versuche
  • Formeln
  • Erklärungen

 

Dichte, Masse und Gewichtskraft

Masse

Beispiel:

Tafel Schokolade auf der Erde

Tafel Schokolade auf dem Mond

 Aber: Es ist doch genau die selbe Schokoladentafel, die selbe Masse?!?

Aufgabe / Lösung

Was ist gleich geblieben?

Die Masse ist gleich geblieben.

 

Merke

Die Eigenschaft eines Körpers, die sich nicht ortsabhängig ändert, nennt der Physiker seine Masse.

Einheit der Masse: 1 kg

Abgeleitete Einheiten: 1000 kg = 1 t;  1 kg = 1000g;  1 g = 1000 mg

Umgangssprachlich wird leider nicht zwischen Masse und Gewicht unterschieden:
Man sagt z.B. "Mein Gewicht beträgt 40 kg."
Die Einheit "kg" ist aber die Masseneinheit, nicht die Einheit des ortsabhängigen Gewichtes. Man müsste also sagen: "Meine Masse beträgt 40 kg." oder:
"Mein Gewicht beträgt etwa 400 Newton". Aber wer macht das schon...

Wenn wir eines Tages einmal zwischen Erde, Mond, Mars usw. hin und her reisen, dann sollten wir dies ändern.;-)

Aufgabe / Lösung

Wie bestimmt man Massen?

z.B. mit einer Balkenwaage.

Wenn zwei Körper am gleichen Ort die gleiche Gewichtskraft erfahren, so haben sie die gleiche Masse.Balkenwaage

Die Körper 1 und 2 haben die gleiche Masse, auch wenn sie sich in Stoffart, Volumen, Form...unterscheiden. Auch auf dem Mond würde diese Messung die Gleichheit der Massen zeigen, obwohl beide ein geringeres Gewicht hätten.

 

Gewichtskraft

Versuch:

Ich nehme meine Hand weg. Wegen dieser Kraft findet nun eine beschleunigte Bewegung statt. Diese beschleunigende Kraft nennt man Gewichtskraft, Schwerkraft, Gravitationskraft oder aber auch Massenanziehungskraft.

Aufgabe / Lösung

In welche Richtung zeigt die Schwerkraft?

Nach unten!? Genauer: Zum Erdmittelpunkt.
Die Erde zieht Körper an. Der Mond zieht Körper an. Alle Körper ziehen Körper an!

Alle Körper ziehen sich gegenseitig an. Die Anziehungskraft wird um so größer je näher sie sich kommen und je größer sie sind.

Ein Körper allein hat keine Gewichtskraft.

Die Gewichtskraft ist eine naturgegebene Anziehungskraft zwischen Körpern.
Im Alltag spielt diese Anziehungskraft zwischen kleinen Körpern keine Rolle –› sie ist zu gering. Nur wenn einer der beiden Körper groß ist, z.B. die Erde, ist diese Kaft deutlich messbar und spürbar.

Man sagt "Der Körper ist schwer. Das bedeutet in Wirklichkeit:
er erfährt eine Anziehungskraft von der Erde, Gewichtskraft G genannt.

Aufgabe / Lösung

Ist die Gewichtskraft überall gleich groß?

Die Erde ist wegen der Rotation ein Ellipsoid.
RadiusÄquator > RadiusPol

Ergebnis: Die Gewichtskraft am Äquator ist kleiner als die Gewichtskraft am Pol.
Das Gewicht eines Körpers ist ortsabhängig!

 

Versuch

Mit Federkraftmesser Gewichtskräfte messen

Mit einem Federkraftmesser kann man Kräfte, also auch Gewichtskräfte messen. Welche Gewichtskraft erfährt ein 1 kg-Stück?

Aufbau

Gewicht: m = 1kg
Federkraftmesser
Gesucht: G

Beobachtung

Ergebnis

An einem festen Standort ist das Verhältnis von Gewicht zu Masse konstant.

G1/m1 = G2/m2... = konstant

An einem anderen Ort könnte der Körper bei gleicher Masse ein anderes Gewicht haben, daher nennt man das Verhältnis von Gewicht zu Masse den sogenannten Ortsfaktor g.

 

Formel

G / m = g = Ortsfaktor

Formt man die Formel nach G um, so kann man bei bekannter Masse und bekanntem Ortsfaktor das jeweilige Gewicht eines Körpers berechnen: G = m • g.

 

Dichte

Aufgabe / Lösung

Was ist schwerer (= was hat mehr Masse):

  • Eisen oder Holz?
  • Ein Eisennagel oder ein Holztisch?

Zur Erinnerung: Die Masse ist ortsunabhängig.

Wie schwer ein Körper ist oder wieviel Masse er hat hängt immer von der Menge (dem Volumen) der beteiligten Stoffe und von der Art der beteiligten Stoffe ab.

Beim Massenvergleich von Körpern aus verschiedenen Stoffen muss man Körper mit gleichem Volumen vergleichen, z.B. 1 cm³.

 

Versuch

Bestimmung der Masse von bestimmten Volumen

Bei diesem Versuch will man herausfinden, ob es zwischen Masse und Volumen eine gewisse Proportionalität gibt.

Aufbau

Jeweils 1 cm³/2 cm³ Holz und Eisen.

Beobachtung

1 cm³ Holz hat die Masse m = 0,6 g
2 cm³ Holz hat die Masse m = 1,2 g

1 cm³ Eisen hat die Masse m =  8 g
2 cm³ Eisen hat die Masse m = 16 g

Ergebnis

m ~ V
Die Masse ist proportional zum Volumen.
0,6 g / 1 cm³  =  1,2 g / 2 cm³ = 0,6 g/cm³

 

Formel

Dichte  =  =  Masse / Volumen

 

Merke

Bei allen homogenen Stoffen aus demselben Stoff ist der Quotient m/V konstant und heißt Dichte des Stoffes.
Die Einheit der Dichte ergibt sich zwangsläufig, wenn man die Einheit der Masse durch die Einheit des Volumens teilt: kg/m³ oder g/cm³.

 

Aufgabe / Lösung

Was heißt: Die Dichte beträgt 1 g/cm³?

Hat man 1 cm³ des bestimmten Stoffes, so beträgt seine Masse 1 g.
Das ist bei Wasser der Fall.

Stoffe mit geringerer Dichte schwimmen im Wasser und Stoffe mit höherer Dichte gehen unter.

 

Wie groß ist die Dichte von Eisen?
 = m/V = 8 g / 1 cm³ = 8 g/cm³

 


     
 

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