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Lexikon Physik

Masse

Die Masse ist eine wesentlichen Grundgrößen der Physik, ihre Einheit, das Kilogramm, ist eine der sieben Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems.

Anders als im Alltag kennt die Physik zwei grundsätzlich verschiedene Aspekte der Masse, deren Äquivalenz in keinster Weise selbstverständlich ist, nämlich die schwere und die träge Masse.

  • Die schwere Masse ms ist die Ursache der Gravitation bzw. Massenanziehung (daher der Name!) zwischen zwei beliebigen Körpern. Sie spielt dabei ganz genau dieselbe Rolle wie die elektrische Ladung bezüglich der elektromagnetischen Wechselwirkungen, man könnte sie also auch „Gravitationsladung“ nennen. Dies sieht man schon daran, dass das Newton’sche Gravitationsgesetz und das Coulomb-Gesetz ineinander übergehen, wenn man die (schwere) Masse gegen die Ladung und die Gravitationskonstante gegen den Faktor \(\dfrac 1 {4\pi\epsilon_0}\) austauscht. Man misst die schwere Masse, indem man die Kraft zwischen ihr und einer gegebenen Referenzmasse misst.
  • Die träge Masse mt ist dagegen der Widerstand, den ein Körper einer Änderung seines Bewegungszustands (also Betrag und/oder Richtung seiner Geschwindigkeit) entgegensetzt, also seine Trägheit (dies kann man ganz wörtlich verstehen ...) – ähnlich wie der elektrische Widerstand sich der elektrischen Leitung widersetzt. Je schwieriger es ist, Betrag oder Richtung der Geschwindigkeit zu ändern, desto größer ist seine Trägheit. Dies überprüft man leicht, wenn man mit gleicher Kraft erst gegen einen Tennisball und dann gegen eine eiserne Kanonenkugel tritt. 
    Das zweite Newton’sche Axiom \(\vec F = m_\text t \cdot \dot{\vec v} = m_\text t \cdot \vec a\)beschreibt genau diesen Sachverhalt.
    Bei Rotationsbewegungen übernimmt das Trägheitsmoment die Rolle der trägen Masse.
    Man kann die trägen Massen zweier Körper kann man vergleichen, indem man die Beschleunigungen bestimmt, die an ihnen durch dieselbe Kraft verübt werden

Präzisionsmessungen von träger und schwerer Masse haben gezeigt, dass beide – trotz der unterschiedlichen Definitionen – unter allen Umständen und immer proportional sind. Aus praktischen Gründen setzt man den Proportionalitätsfaktor gleich 1, betrachtet beide Größen als äquivalent und spricht einfach von der Masse des Körpers.

Die Äquivalenz von schwerer und träger Masse ist die Grundlage der Allgemeinen Relativitätstheorie.

Achtung: Elektrotechniker nennen eine geerdete Leitung gerne „Masse“, die ist dann aber weder träge noch schwer!

 

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