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3.1.1 Definition und Messung der Kraft

Basiswissen „Masse der Körper und Gewichtskraft“

Eine Eigenschaft, die jeden Körper kennzeichnet, ist seine Masse. Schon seit langer Zeit werden Massen bestimmt. Mit Hilfe von Balkenwaagen konnten die Ägypter vor mehr als 5000 Jahren Massen vergleichen und unbekannte Massen bestimmen. Sind zwei Massen gleich groß, ist eine Balkenwaage bei einer Messung im Gleichgewicht. Ist die Masse auf einer Seite größer, bewegt sich diese Seite nach unten. Dieses Verhalten ist unabhängig davon, wo die Messung durchgeführt wird. Eine Anordnung, die auf der Erde im Gleichgewicht ist, wäre sogar auf dem Mond im Gleichgewicht.

Die Masse ist eine Eigenschaft eines Körpers. Bringt man einen Körper zum Beispiel von der Erde auf den Mond, bleibt seine Masse erhalten. Die Einheit der Masse ist: $[m]=kg$.

In der Abbildung oben ist eine Balkenwaage gezeigt. Die beiden Körper auf den Schalen sind gleich schwer und die Waage ist im Gleichgewicht. Legt man jetzt auf einer Seite einen zweiten Körper dazu, bewegt sich diese Seite nach unten. Dies ist im Bild rechts gezeigt. Der Grund für diesen Vorgang liegt darin, dass sich Körper gegenseitig anziehen. Diese Anziehung hängt von der Masse ab. Hier zieht die Erde die Waage an und damit auch die beiden Waagschalen. Die Waagschale mit zwei Massen wird stärker angezogen.

Unter der Gewichtskraft versteht man die Kraft, mit der ein Körper der Masse $m$ im Schwerefeld der Erde angezogen wird. Diese Kraft ist immer in Richtung zum Erdmittelpunkt gerichtet.

Diese Schwerkraft ist auch die Ursache für die Fallbeschleunigung. Jeder Körper erfährt eine Gewichtskraft. Diese Tatsache spürt jeder, der etwas trägt. Hält man zum Beispiel ein Kiste Sprudel, so spürt man, dass man dazu eine Kraft aufwenden muss. Man merkt, dass an der Kiste eine Kraft nach unten zieht. Das zeigt sich auch, wenn man sie loslässt. Sie fällt auf den Boden.

Für die Kraft $F$ bzw. $\overrightarrow {F}$, die auf einen Körper der Masse m im Schwerefeld der Erde wirkt, gilt: $F=m \cdot g$ bzw. $\overrightarrow{F}=m \cdot \overrightarrow{g}$.

Hier steht $\overrightarrow{g}$ für die bekannte Erdbeschleunigung. Die Erdbeschleunigung hängt vom Ort ab. So erfährt ein Körper am Äquator eine andere beschleunigende Kraft als auf dem Mount Everest oder am Nordpol. Der Vektorpfeil zeigt an, dass Erdbeschleunigung und damit auch die Kraft eine Richtung besitzt.

Die Einheit der Kraft $F$ ist das Newton: $[F]=N$. Für das Newton gilt: $1N=1kg \cdot \frac{m}{s^2}$.