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Masse, Gewichtskraft und Federkraft

Im Alltag sagt man „Ich wiege 50 Kilo“. In der Physik ist das ungenau, denn hier wird streng zwischen der Masse (in kg) und der Gewichtskraft (in N) unterschieden. Auf dem Mond hättest Du dieselbe Masse – aber nur ein Sechstel der Gewichtskraft.

Masse und Gewichtskraft

Masse mGewichtskraft FG
Was ist das?Wie schwer und wie träge ein Körper istKraft, mit der ein Himmelskörper den Körper anzieht
EinheitKilogramm (kg)Newton (N)
MessgerätBalkenwaage (Vergleich mit Wägestücken)Federkraftmesser
Hängt vom Ort ab?neinja

FG = m · g Gewichtskraft = Masse mal Ortsfaktor

Der Ortsfaktor g gibt an, wie stark ein Himmelskörper anzieht. Auf der Erde ist g ≈ 9,81 N/kg – ein Körper mit 1 kg wird also mit knapp 10 N angezogen. Für Überschlagsrechnungen reicht oft g ≈ 10 N/kg. Die Einheit N/kg ist übrigens dasselbe wie m/s² – der Ortsfaktor ist zugleich die Fallbeschleunigung.

OrtOrtsfaktor in N/kgGewichtskraft von 50 kg
Erde9,81491 N
Mond1,6281 N
Mars3,71186 N
Jupiter24,81240 N

Typischer Fehler

„Auf dem Mond wird man leichter.“ Die Masse bleibt gleich – nur die Gewichtskraft wird kleiner. Eine Balkenwaage zeigt auf dem Mond deshalb dasselbe an wie auf der Erde, eine Federwaage nicht.

Kräfte messen: Hookesches Gesetz

Hängt man an eine Schraubenfeder ein Massestück, dehnt sie sich. Verdoppelt man die Kraft, verdoppelt sich die Verlängerung. Dieser Zusammenhang heißt Hookesches Gesetz:

F = D · s Kraft = Federkonstante mal Verlängerung

Die Federkonstante D (in N/m) gibt an, wie hart eine Feder ist: Eine harte Feder hat ein großes D. Das Gesetz gilt nur im elastischen Bereich – zieht man zu stark, wird die Feder dauerhaft verformt. Genau auf diesem Prinzip beruht der Federkraftmesser.

Beispiel

Eine Feder verlängert sich um 4 cm, wenn ein Gewichtsstück mit 2 N daran hängt.
D = F / s = 2 N / 0,04 m = 50 N/m. Bei 3 N würde sie sich um 3 N / 50 N/m = 0,06 m = 6 cm dehnen.

Teste Dich selbst

1. Welche Gewichtskraft hat ein Rucksack mit 6 kg auf der Erde (g ≈ 9,81 N/kg)?
Lösung anzeigen

Richtig: etwa 59 N. FG = 6 kg · 9,81 N/kg ≈ 58,9 N.

2. Was ändert sich, wenn ein Astronaut auf den Mond fliegt?
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Richtig: Nur seine Gewichtskraft. Die Masse ist überall gleich, die Gewichtskraft hängt vom Ortsfaktor ab.

3. Eine Feder mit D = 200 N/m wird um 5 cm gedehnt. Wie groß ist die Kraft?
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Richtig: 10 N. F = D · s = 200 N/m · 0,05 m = 10 N. Zentimeter vorher in Meter umrechnen!

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