Wenn gewogen wird, wird die Gewichtskraft gemessen, typischerweise mit einer Waage. Die Masse bestimmt sich dabei auf zweierlei Art und Weise: vergleichend oder direkt.
Vergleichende Waagen
Justitia steht als Göttin der Gerechtigkeit in der römischen Mythologie eng mit der Aequitas, dem römischen Recht, in Verbindung. Jeder kennt sie, wie sie mit verbundenen Augen auf ihrer Balkenwaage die Verhältnismäßigkeit von Urteilen abwägt. Mit ähnlichen Waagen werden seit jeher zwei Massen direkt miteinander verglichen. Der charmante Vorteil solcher im Drehpunkt gelagerten Wägebalken ist, dass sie unabhängig von den örtlichen Bedingungen vergleichen. Legt man gleiche Gewichte rechts und links in die Waagschalen, ist der Balken ausgeglichen, ganz unabhängig davon, ob man sich auf Meereshöhe, auf einem Berggipfel oder gar auf dem Mond befindet.
Will man ein definiertes Gewicht bestimmen, gehen damit allerdings Probleme einher. Einmal abgesehen davon, dass die Lagerung im Idealfall reibungsfrei aufgehängt sein müsste und auch die umgebende Luft einen Widerstand bietet, den es zu berücksichtigen gilt, braucht es vor allem Referenzgewichte, um bestimmte Massen abzuwiegen.
Messen der Gewichtskraft
Der Wägeindikator Typ FE430 zeigt das auf der Waage platzierte Gewicht
Um auch ohne Referenzgewichte wiegen zu können, wurden die heutzutage gängigen Federwaagen erdacht. Deren Kern bildet die sogenannte Messfeder, die sich aufgrund der einwirkenden Masse elastisch verformt. Sei es eine klassische Feder, die man in ähnlicher Form vom Inneren eines Kugelschreibers kennt, oder die technische Optimierung in Form einer Wägezelle. Wird die zu verwiegende Masse auf die Waage gestellt oder an diese gehängt, verformt sich die Messfeder proportional zur Gewichtskraft: ein kleines Gewicht bedeutet eine kleine Auslenkung, ein großes Gewicht eine große. Und ist Zweiteres doppelt so groß wie Ersteres, ist auch die Auslenkung doppelt so groß.
Die zugrundeliegende Formel besagt, dass die Masse (in g) dem Verhältnis aus Gewichtskraft (in N) und Schwerebeschleunigung (m/s²) entspricht. (Weitere Einflussgrößen wie hydrostatischer Auftrieb, magnetische oder elektrostatische Interaktionen und Zeitpunkt sind vernachlässigbar.) Einhergehend hat aber der Ort Einfluss auf das Ergebnis der Verwiegung: Die mittlere Fallbeschleunigung für die Erdoberfläche beträgt 9,807 m/s², kann aber zwischen 9,787 (am Äquator) und 9,832 (am Pol) schwanken.
Im Normalfall bleiben Waagen an Ort und Stelle, die Fallbeschleunigung bleibt damit konstant. Durch die hohe Präzision von Wägezellen lassen sich sehr gute Genauigkeiten im Bereich 106 erzielen. Für gewöhnliche Messungen sind Federwaagen also hervorragend geeignet.
Wie man eine Waage baut
Im Grunde ist es also ganz einfach, eine Waage zu bauen: so simpel, wie es ist, einen Wägebalken aufzuhängen und Gewichte direkt miteinander zu vergleichen, so eingängig ist es, eine Wägezelle zu montieren und an ein Display anzuschließen. Dieses wird im Regelfall mit Nullpunkt und einem bekannten Referenzgewicht kalibriert, schon kann gewogen werden.
Hinweis
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