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Masse
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Das, was Menschen Materie nennen besitzt
Eigenschaften, die sich in vielen Fällen nur indirekt
aufgrund von Kraftwirkungen beobachten lassen. Eine dieser
Eigenschaften ist die der Masse. Jeder Körper besitzt sie,
ihr Ursprung ist unbekannt, aber aufgrund dieser Eigenschaft
ziehen sich zwei Materieteilchen oder ganze Körper an. Sehr
gut lässt sich dieses Wechselspiel zwischen der Masse der
Erde und der unseres Körpers beobachten. Treten wir
jemandem auf die Finger, so kommt dieser in den Genuss der
Massenanziehungskraft. Er schreit auf, weil die Kraft, wir sagen
umgangssprachlich das Gewicht, das aus der Anziehung der beiden
Körper Erde und Mensch resultiert, ihm zu schaffen macht.
Im Weltall wäre das nicht passiert und auf dem Mond
beispielsweise hätte diese Kraft oder das Gewicht nur 1/6
betragen, so dass der Aufschrei der getretenen Hand leiser
ausgefallen wäre.
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Wie gross die Gewichtskraft ausfällt,
lässt sich bei einer sehr grossen und einer sehr kleinen
Masse (z.B. Erde-Mensch) relativ einfach ausrechnen. Man muss
nur die Gravitation der grossen Masse mit der kleinen Masse
malnehmen.
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Ein Mensch mit einer Masse von 80kg
entwickelt eine Kraft von 784,8 N, wenn er auf die Hand tritt,
auf dem Mond sind es nur noch 130,8 N.
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Kraft / Gewicht
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Mit den Begriffen Masse und Kraft besitzen
viele Menschen einige Schwierigkeiten, derweil sie im täglichen
Leben häufig falsch benutzt werden. Die Masse (abgekürzt
m) wird in Kilogramm [kg] gemessen. Dagegen wird die Kraft (F),
oder das Gewicht in Newton [N] angegeben. Wenn wir also auf eine
Badezimmerwaage steigen, messen wir nicht unser Gewicht (auch
wenn wir das immer behaupten), sondern unsere Masse. Das Gewicht
ergibt sich erst aus der Multiplikation der Masse mit der
Gravitation (g) z.B.der Erde. Diese beträgt gErde ~
9,81m/s². Durch die Formel F = g
• m ergibt sich also bei einem Menschen mit
80 kg Masse ein Gewicht von 9,81m/s² •
80kg = 784,8 N.
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Arbeit / Energie
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Wenn Materie in Bewegung versetzt wird,
ist dazu eine Kraft notwendig. Wenn man den obigen Menschen der
784,8 N wiegt von der Hand auf der er steht herunterheben will,
so muss man arbeiten. Dazu benötigt man physikalisch
gesehen Energie, also das Vermögen, arbeiten zu können.
Man kann die Energie benutzen um den Menschen anzuheben um ihn
wegzutragen. In diesem Fall wird aus der Energie Arbeit. Tut man
nix, dann verbleibt auch die Energie dort wo sie war.
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Physikalisch gesehen sind Energie und
Arbeit zwei gleiche Dinge, die sich nur aufgrund der
eingenommenen 'Blickrichtung' voneinander unterscheiden. Hebt
jemand den Körper des Menschen auf der Hand 2m hoch, so
arbeitet er, wobei die Energie aus seinem Körper in den
Körper des angehobenen Menschen übergeht. Das lässt
sich sofort nachvollziehen, wenn man den angehobenen Menschen
loslässt. Jetzt arbeitet dieser in der Form, dass er nach
unter fällt und beim Aufschlag geht seine Energie in
Verformungsenergie des Fussbodens und seiner Knochen über
... Wärme, eine weitere Energieform, entsteht dabei auch.
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Welche Mengen an Energie (E) bzw. Arbeit
(W) entstehen kann mit der Formel E=W=F •
s berechnet werden. Im obigen Beispiel würde eine Arbeit
von 784,8 N • 2m = 1569,6 Nm verrichtet werden ... und die
können schon ganz schön weh tun.
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Für
die Energie/Arbeit gibt es eine ganze Reihe von Einheiten. Eine
Einheit, das [Nm] (Newton-Meter) wurde schon genannt. Weitere
sind das [J] Joule oder die [Ws] Wattsekunde. Dabei gilt, 1Nm =
1J = 1Ws. Im obigen Fall müsste der anhebende Mensch
Nahrungsmittel gegessen haben, aus denen sein Körper eine
Energiemenge von 1,6 kJ entnehmen kann. Sie können ja mal
nachrechnen, wie viele Gummibärchen das sind.
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Eine
weitere Einheit, die im Bereich der Atomphysik benutzt wird, ist
das [eV] Elektronenvolt.
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Leistung
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