Gewichtsveränderung bei Wärme?
Auf einer Waage liegt eine Kugel, auf der anderen Seite so viele Gewichte, dass die Waagschalen auf einer Ebene sind: Wenn man die Kugel erwärmt, ändert sich dann das Gewicht (Wird sie leichter / schwerer?) Vielen Dank im Voraus
6 Antworten
Wenn man die kugel zum schmelzen bringen würde, müsste man die luft die dabei abgestoßen wird mit auffangen. ein beispiel ist ein brennendes holzstück, da bleibt ja am ende nicht so viel gewicht von der asche übrig als das holzstück wiegt, aber wenn man die verbrauchte luft mit wiegt bleibt das gewicht gleich
Theoretisch wird die Kugel etwas leichter, da sich ihr Material bei Erwärmung ausdehnt und damit mehr Luft verdrängt. Mehr verdrängte Luft bedeutet mehr Auftrieb und demzufolge geringere Gewichtsanzeige auf der Waage.
Aber in der Rrealität wird der Effekt so klein sein, dass Du ihn mit einer normalen Waage nicht messen kannst. Da bleibt das Gewicht im Rahmen der Messgenauigkeit gleich.
Korrekt.
Aber bei der Frage hier ging es nicht nach einer Masse-Änderung, sondern nach der Änderung des Gewichtzs.
Und für die meisten Menschen ist Gewicht gleichzusetzen mit der Anzeige der Waage.
Korrekt bleibt sogar das Gewicht gleich (= gleiche Anziehungskrafdt von der Erde durch konstante Gravitation) und nur die höhere Auftriebskraft reduziert die Anzeige der Waage.
korrekt!
Da bei der Balkenwaage aber die beiden Gewichtskräfte (der Kugel und der Massestücke auf der anderen Seite) übereinstimmen müssen - könnte es einen minimalen Effekt geben. Allerdings wird ja auch die Luft um die Kugel wärmer - also verdrängt die erwärmte Kugel zwar mehr erwärmte Luft, welche aber wiederum leichter ist - wäre auch noch die Frage, wie die Kugel erwärmt wird - also ob von unten die aufsteigenden Gase eines Bunsenbrenners nicht schon die Waagschale nach oben drücken ;-)
i.A.: - Die Masse bleibt konstant.
Man verändert die Messumgebung, Volumen und Auftrieb
Nur der Vollständigkeit halber: Masse ist das selbe wie Gewicht, es ändert sich nichts von beiden. ;)
Nein - Masse ist nicht das Gleiche wie Gewicht.
Die Masse ist nur eine Eigenschaft des Gegenstandes. Deine Masse (z.B.) ist auf der Erde, im Weltall (auf der ISS) und auf dem Mond gleich.
Dein Gewicht ist da jeweils unterschiedlich. Denn das Gewicht ist definiert als Masse x Gravitationsanziehungskraft/Masse. Und die Gravitationsanziehungskraft/Masse des Mondes ist auf der Mondoberfläche nur etwa 1/6 von der der Erde auf der Erdoberfläche.
Auf der ISS kann man dann noch folgende Feinunterscheidung betrieben.
Das Gewicht einer Person ist deshalb etwas kleine, weil der Abstand zur Erde größer ist und man deshalb die Masse mitt einem kleineren Proportionalitätsfaktor wichten muss.
Im Allgemeinen bezeichnet man (physikalisch nicht ganz korrekt) mit Gewicht den Ausschlag, den eine Federwaage anzeigt, wenn man den Gegenstand daran aufhängt. Auf der Erde wird als der Auftrieb automatisch vom physikalisch echtem Gewicht abgezogen. In der ISS zieht das echte Gewicht in Richtung Erde, dagegen zieht die Massenträgkeit mittels Zentrifugalkraft nach außen. Dadurch heben sich die beiden Kräfte auf. Und ein Gegenstand, den man an die Federwaage hängt würde keinen Ausschlag bewirken. Deshalb bezeichnet man dieses Zustand als Schwerelos, also haben die Gegenstände umgangssprachlich gesprochen auf der ISS kein Gewicht.
Grundsätzlich ändert sich das Gewicht nicht mit der Temperatur. Allerdings führt die Temperaturerhöhung in aller Regel zu einer Ausdehnung des Körpers und damit zu einer kleinen Vergrößerung des Auftriebs in der Luft. Dadurch ändert sich auch ganz minimal das Gewicht, das ist aber kaum messbar, v.a. bei der Balkenwaage. Der Effekt dürfte sich hier auf beiden Seiten der Waagschale aufheben, zumindest wenn man auf beiden Seiten der Waagschale die gleichen Materialien vermutet.
Wenn man das Ergebnis jetzt ganz genau haben wollte, müsste man die Materialien von Kugel und Gegengewichten kennen samt deren Wärmedehnungskoeffizienten. Möglicherweise tritt da eine ganz winzige Differenz auf.
Wenn die Kugel oxidiert (verbrennt) vereinigen sich die Atome der Luft mit der der Kugel (! Kein Atom geht verloren -> keine Masse geht verloren) Die Luft ist dann um soviel "schwerer" (mehr Masse), wie die Kugel eben Leichter ist. Dann würde die Wage kippen :)
Ja das tut es, da Wärme = Energie = Masse (E=m*c^2). Die Gewichtszunahme ist allerdings so extrem niedrig, dass sie sich kaum messen lassen wird.
;D wollte da jemand einfach mal mit Formel rumwerfen? ;) E=m*c^2 hat nichts mit der Aufgabenstellung zu tun und ist auch nicht hilfserich um die Energie in diesem Falle zu berechnen, da dieses Formel bezieht sich auf Quantenphysik.
Nein, wenn ich diese Formel nach m umstelle: m=E/c^2; dann kann ich anhand der für die Erhitzung benötigten Energie E=m(Masse der Kugel) * c(in diesem Fall die spezifische Wärmekapazität von Eisen) * (T1-T2) ausrechen, um welches Gewicht die Kugel schwerer wird. Ganz ohne Quantenphysik...;)
Somit HAT die Formel etwas mit der Aufgabenstellung zu tun, sie beantwortet sie nämlich.
Der Effekt der relativistischen Massenzunahme ist nochmals unm mehrere Größenordnungen kleiner als der Effekt der Gewichtsabnahme durch vergrößerten Auftrieb.
Stimmt auch wieder, es sei denn man geht von einem luftleeren Raum aus. ^^
Wobei die Masse der Kugel sich dadurch nicht ändert, lediglich die Kraft, die sie nach unten ausübt. Somit wird die Kugel schwerer, aber gleichzeitig würde die Waage anzeigen, dass sie leichter wird, wenn wir von einem Luftbefüllten Raum ausgehen.
Um Masse in Energie (oder umgekert) umzuwandeln benötigt man eine Kernspaltung bzw. Kernfusion!
Auch in diesem Fall ist Masse = Energie; die Form wird lediglich umgewandelt von Kernbindungsenergie zu thermischer Energie/Strahlungsenergie.
Wie unten bereits erwähnt: Ist es nicht eigentlich so, dass die Masse durch diesen Effekt konstant bleibt und die Kugel lediglich weniger Kraft auf die Waage ausübt, wodurch es so wirkt, als wäre sie leichter?