Gewichtskraft und Masse

Diesen aiMOOC als Battle spielen: Physik, Klasse 9-10, G-Niveau

Einleitung

Warum zeigt eine Waage Kilogramm, obwohl im Alltag oft von „Gewicht“ gesprochen wird? In der Physik unterscheidest Du klar zwischen Masse und Gewichtskraft.

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Das Wichtigste

Masse

Die Masse sagt, wie viel Materie ein Körper hat. Ihr Formelzeichen ist $m$. Ihre Einheit ist das Kilogramm mit dem Zeichen $kg$.

Die Masse eines Körpers bleibt auf der Erde, auf dem Mond und auf dem Mars gleich.

Gewichtskraft

Die Gewichtskraft ist die Kraft, mit der ein Himmelskörper einen Gegenstand anzieht. Ihr Formelzeichen ist $F_G$. Ihre Einheit ist das Newton mit dem Zeichen $N$.

Die Gewichtskraft zeigt nahe der Erdoberfläche nach unten.

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Formel

Du berechnest die Gewichtskraft mit:

$F_G=m\cdot g$

$g$ heißt Ortsfaktor oder Fallbeschleunigung. Auf der Erde gilt ungefähr:

$g=\mathrm{9,81}\frac{N}{kg}$

Für eine schnelle Rechnung kannst Du oft $g\approx 10\frac{N}{kg}$ verwenden.

Beispiel: Ein Rucksack hat die Masse $m=5kg$.

$F_G=5kg\cdot \mathrm{9,81}\frac{N}{kg}\approx 49N$

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Erde, Mond und Mars

Die Masse bleibt gleich. Die Gewichtskraft ändert sich, weil der Ortsfaktor an jedem Himmelskörper anders ist. Auf dem Mond ist die Gewichtskraft nur ungefähr ein Sechstel so groß wie auf der Erde.

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Messen

Eine Waage zeigt meist die Masse in Kilogramm an. Ein Kraftmesser oder eine Federwaage misst eine Kraft in Newton.

Die Animation zeigt den freien Fall. Ohne Luftwiderstand werden alle Körper am selben Ort gleich stark beschleunigt.

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Merksatz

Masse in Kilogramm bleibt gleich. Gewichtskraft in Newton hängt vom Ort ab.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Einheit hat die Masse? (Kilogramm) (!Newton) (!Meter) (!Sekunde)

Welche Einheit hat die Gewichtskraft? (Newton) (!Kilogramm) (!Liter) (!Grad Celsius)

Welches Formelzeichen hat die Masse? (m) (!g) (!F) (!N)

Welche Formel berechnet die Gewichtskraft? (FG gleich m mal g) (!FG gleich m plus g) (!FG gleich m durch g) (!FG gleich g minus m)

Was beschreibt der Ortsfaktor? (Die Stärke der Fallbeschleunigung an einem Ort) (!Die Farbe eines Körpers) (!Die Temperatur eines Körpers) (!Das Volumen eines Körpers)

Wie groß ist der Ortsfaktor auf der Erde ungefähr? (9 Komma 81 Newton pro Kilogramm) (!1 Newton pro Kilogramm) (!100 Newton pro Kilogramm) (!0 Newton pro Kilogramm)

Was geschieht mit der Masse eines Körpers auf dem Mond? (Sie bleibt gleich) (!Sie wird sechsmal größer) (!Sie wird null) (!Sie halbiert sich immer)

Was geschieht mit der Gewichtskraft eines Körpers auf dem Mond? (Sie ist kleiner als auf der Erde) (!Sie ist immer gleich groß) (!Sie wird unendlich groß) (!Sie wird zur Masse)

Welches Gerät misst eine Kraft? (Kraftmesser) (!Thermometer) (!Stoppuhr) (!Messzylinder)

Welche Gewichtskraft hat eine Masse von zwei Kilogramm auf der Erde näherungsweise bei g gleich zehn? (Zwanzig Newton) (!Zwei Newton) (!Zehn Newton) (!Zweihundert Newton)

Memory

Masse	Kilogramm
Gewichtskraft	Newton
Ortsfaktor	Fallbeschleunigung
Kraftmesser	Federwaage
Erde	etwa 9 Komma 81 Newton pro Kilogramm
Mond	kleinere Gewichtskraft

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Kilogramm	Einheit der Masse
Newton	Einheit der Gewichtskraft
Masse	bleibt an verschiedenen Orten gleich
Gewichtskraft	hängt vom Ortsfaktor ab
Federwaage	misst eine Kraft

Kreuzworträtsel

Kilogramm	Welche Einheit hat die Masse?
Newton	Welche Einheit hat die Gewichtskraft?
Ortsfaktor	Welche Größe beschreibt die Stärke der Fallbeschleunigung an einem Ort?
Masse	Welche Größe bleibt auf Erde und Mond gleich?
Federwaage	Welches Gerät misst die Gewichtskraft?
Gravitation	Wie heißt die Anziehung zwischen Massen?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Die Masse wird in angegeben. Die Gewichtskraft wird in angegeben. Für die Gewichtskraft gilt die Formel . Der Faktor g heißt . Auf dem Mond bleibt die gleich. Die Gewichtskraft ist dort als auf der Erde. Ein misst eine Kraft.

Offene Aufgaben

Leicht

1. Begriffe erklären: Erkläre mit eigenen Worten den Unterschied zwischen Masse und Gewichtskraft.
2. Einheiten zuordnen: Gestalte zwei Karten: Masse mit Kilogramm und Gewichtskraft mit Newton.
3. Alltagsbeispiele: Finde drei Dinge mit einer Angabe in Kilogramm und fotografiere oder zeichne sie.
4. Merksatz: Schreibe einen kurzen Merksatz und gestalte ihn als Lernplakat.

Standard

1. Gewichtskraft berechnen: Berechne die Gewichtskraft für 1 kg, 3 kg und 10 kg auf der Erde.
2. Federwaage untersuchen: Miss mit einer Federwaage drei Gegenstände und notiere die Werte in Newton.
3. Erde und Mond vergleichen: Erstelle eine Tabelle für die Masse und Gewichtskraft von drei Gegenständen.
4. Erklärvideo: Drehe ein Video von höchstens zwei Minuten zur Formel der Gewichtskraft.

Schwer

1. Ortsfaktoren vergleichen: Recherchiere die Ortsfaktoren von Erde, Mond und Mars und berechne passende Gewichtskräfte.
2. Messfehler untersuchen: Beschreibe mögliche Fehler beim Messen mit einer Federwaage.
3. Experiment planen: Plane einen Versuch, mit dem Du den Ortsfaktor näherungsweise bestimmen kannst.
4. Alltagssprache prüfen: Untersuche Werbeanzeigen oder Verpackungen und erkläre, wo Masse und Gewicht verwechselt werden.

Lernkontrolle

1. Mondreise: Ein Werkzeug hat auf der Erde eine Masse von 6 kg. Erkläre, was auf dem Mond mit Masse und Gewichtskraft geschieht.
2. Falsche Aussage prüfen: Jemand sagt: „Auf dem Mond verliere ich Masse.“ Widerlege die Aussage.
3. Messgeräte auswählen: Begründe, ob Du für Masse und Gewichtskraft dieselben Messgeräte und Einheiten verwenden kannst.
4. Formel anwenden: Zwei Körper befinden sich am selben Ort. Körper A hat die doppelte Masse von Körper B. Vergleiche ihre Gewichtskräfte und begründe.
5. Diagramm deuten: Zeichne ein Diagramm mit Masse auf der waagerechten Achse und Gewichtskraft auf der senkrechten Achse. Erkläre den Verlauf.
6. Transfer: Erkläre, warum ein Astronaut auf dem Mond höher springen kann, obwohl seine Masse gleich bleibt.

Lernnachweis

Für Deinen Lernnachweis solltest Du:

1. den Unterschied zwischen Masse und Gewichtskraft erklären,
2. die Einheiten Kilogramm und Newton richtig verwenden,
3. die Formel $F_G=m\cdot g$ anwenden,
4. den Ortsfaktor erklären,
5. Ergebnisse für Erde, Mond oder Mars vergleichen,
6. Messwerte und Rechenwege verständlich darstellen.

Verknüpfte Lernbereiche

1. Mechanik: Kräfte und Bewegungen untersuchen.
2. Gravitation: Die Anziehung zwischen Massen verstehen.
3. Kraft und Bewegung: Wirkungen von Kräften beschreiben.
4. Messen in der Physik: Größen, Einheiten und Messgeräte richtig verwenden.
5. Astronomie: Unterschiede zwischen Erde, Mond und Mars erklären.

Links

Gewichtskraft und Masse Masse Gewichtskraft Kraft Gravitation Ortsfaktor Fallbeschleunigung Kilogramm Newton (Einheit) Federwaage