physikalische masse

Zitat:


Schwere und träge Masse
Die Masse ist eine Ursache von Gravitation („schwere Masse“) und ein Maß für die Trägheit eines Körpers, das heißt seinen Widerstand gegenüber Änderungen seines Bewegungszustands („träge Masse“).

Die experimentell bestätigte Gleichheit von träger und schwerer Masse ist in der klassischen Mechanik unerklärt und wird erst in der Allgemeinen Relativitätstheorie verstanden. Ihr zufolge bestimmt die Masse die Energie des ruhenden Teilchens. Nicht nur diese Ruheenergie bewirkt Gravitation, sondern allgemeiner jede Form von Energie und Impuls.

In Newtons Mechanik und in der Chemie gilt der Massenerhaltungssatz. Dort ist die Masse eines Teilchens eine für das Teilchen charakteristische, unveränderliche Größe, die nicht mit Größen zusammenhängt, die sich wie sein Ort und seine Geschwindigkeit mit der Zeit ändern können.

In der relativistischen Physik bestimmt die Masse die Energie des ruhenden Teilchen. Diese Energie kann zum Beispiel beim radioaktiven Zerfall in andere Energieformen umgewandelt werden. Dabei nimmt die Masse ab: die Summe der Massen der Zerfallsprodukte ist geringer als die Masse des Ausgangsteilchens.


Definition
Mit der Masse eines Körpers sind zwei Eigenschaften verbunden:

der Körper setzt jeder Bewegungsänderung einen Widerstand entgegen – er ist träge.
zwei Körper ziehen sich aufgrund ihrer Masse gegenseitig an. Diese gravitative Anziehungskraft nennt man bei extremem Unterschied der Körpermassen die Gewichtskraft des leichteren Körpers.
Die Trägheit und die Gewichtskraft eines Körpers werden in der nichtrelativistischen Physik durch seine träge und schwere Masse bestimmt. Allerdings sind auch masselose Teilchen, wie das Photon, träge, werden von Gravitationsfeldern abgelenkt und verursachen in der Allgemeinen Relativitätstheorie Gravitation.

Die SI-Basiseinheit der Masse Kilogramm (kg) wird über eine Referenzmasse definiert: Das Kilogramm ist gleich der Masse des internationalen Kilogrammprototyps.


Messung
Die Messung der schweren Masse eines ruhenden Körpers erfolgt durch Vergleich mit einer Referenzmasse. Zwei Massen sind gleich, wenn sie in einem homogenen Gravitationsfeld die gleiche Gewichtskraft erfahren. Dies kann man mit einer Balkenwaage überprüfen. Dabei ist die Stärke des Gravitationsfeldes unerheblich, es muss nur an den Orten der beiden Massen gleich und von Null verschieden sein.

Die schwere Masse kann auch mit der Kraft gemessen werden, die in einem Gravitationsfeld erforderlich ist, damit das Teilchen ruhen bleibt und nicht fällt. Dabei ist, anders als beim Vergleich zweier Gewichtskräfte, die Kenntnis des Gravitionsbeschleunigung (durch Beobachtung der Bahnen frei fallender Teilchen) am Ort der Messung notwendig.

Wie jede Kraft misst man die Gewichtskraft in Newton.

Die träge Masse lässt sich zum Beispiel durch die Kraft messen, die erforderlich ist, damit ein Teilchen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit eine Kreisbahn durchläuft. Bei einem geladenen Teilchen im Magnetfeld kann man bei bekannter Geschwindigkeit und Magnetfeldstärke am Kreisradius das Verhältnis von Ladung zu träger Masse ablesen.