Einheitensystem

Physikunterricht: SI-Einheiten ✔ | Masse ✔ | Zeit ✔ | Länge ✔

Es gibt unzählige verschiedene Einheiten, beispielsweise die Einheiten in dem Bild unten. Bei der wissenschaftlichen Arbeit tut man sich allerdings viel leichter, wenn alle das selbe Einheitensystem verwenden.


Verschiedene gebräuchliche physikalische Einheiten

Urkilogramm
Das Urkilogramm (hier in einer künstlerischen Darstellung)

SI Einheiten

Die überwiegende Mehrzahl der Wissenschaftler verwenden das SI-Einheitensystem (SI = frz. Système international d’unités). Die Einheiten zur Messung von Masse, Zeit und Länge sind das Kilogramm, die Sekunde und das Meter. Von diesen Basiseinheiten leiten sich eine ganze Reihe von weiteren Einheiten ab, beispielsweise für Volumen, Geschwindigkeit, Kraft, Energie und andere Größen.


Elektronische Waage
Die Masse von Objekten kann man mit einer Waage wie dieser bestimmen. Eigentlich misst die Waage die Anziehungskraft der Erde auf die Schrauben. Sie ist aber so konstruiert, dass sie die Masse anzeigt.

Masse

Die Masse ist eine mysteriöse Größe. Sie beeinflusst das Verhalten von Objekten auf zwei Arten:

  • Alle Objekte werden von der Erde angezogen. Je größer die Masse eines Objekts ist, desto stärker wird es von der Gravitation der Erde angezogen.
  • Alle Objekte versuchen einer Beschleunigung, einer Abbremsung oder einer Richtungsänderung zu widerstehen. Je größer die Masse ist, desto größer ist auch der Widerstand eines Objekts, seine Bewegung zu ändern.

Die SI-Basiseinheit der Masse ist das Kilogramm (Symbol kg). Seine Masse ist festgelegt durch die des Internationalen Kilogrammprototyps (auch Urkilogramm), eines Zylinders aus Platin-Iridium, der vom Internationalen Büro für Maß und Gewicht in Paris verwahrt wird.


1 Tonne (t) = 1000 kg = $\mathrm {\ 10^{3}}$ kg kleines Auto Auto
1 Kilogramm (kg) = 1 kg Papiertüte mit Zucker Zucker
1 Gramm (g) = $\mathrm {\frac{1}{1.000}}$ kg = $\mathrm {\ 10^{-3}}$ kg Geldschein 10 Euro
1 Milligramm (mg) = $\mathrm {\frac{1}{1.000.000}}$ kg = $\mathrm {\ 10^{-6}}$ kg menschliches Haar

Zeit

Die SI-Basisheinheit für die Zeit ist die Sekunde (Symbol s). Um Zeit zu messen, brauchen Uhren etwas, das mit einer stetigen Geschwindigkeit schlägt. Einige alte Uhren nutzten das Schaukeln eines Pendels. Moderne Digitaluhren zählen die Schwingungen, die von einem kleinen Quarzkristall ausgehen.


 
Die Sekunde wurde ursprünglich als $\tfrac {1}{60 \ \cdot \ 60 \ \cdot 24}$ eines Tages definiert. Ein Tag ist die Zeit, die unsere Erde braucht, um sich einmal um ihre eigene Achse zu drehen. Aber die Rotation der Erde ist nicht konstant. Wegen der Genauigkeit hat man später die Sekunde in Bezug auf etwas definiert, das sich niemals ändert: die Häufigkeit einer Oszillation, die im Kern eines Cäsium-Atoms auftreten kann.

Urkilogramm
Moderne Digitaluhren gehen genauer als Uhren, die man aufziehen muß.

Die Tabelle zeigt weitere, kürzere Einheiten, die auf der Sekunde basieren:


1 Millisekunde (ms) = $\mathrm {\frac{1}{1000}}$ s = $\mathrm {\ 10^{-3}}$ s
1 Microsekunde (µs) = $\mathrm {\frac{1}{1.000.000}}$ s = $\mathrm {\ 10^{-6}}$ s
1 Nanosekunde (ns) = $\mathrm {\frac{1}{1.000.000.000}}$ s = $\mathrm {\ 10^{-9}}$ s

Länge

Die SI-Basiseinheit der Länge ist das Meter (Symbol m). Früher war das Standard-Meter der Abstand zwischen zwei Markierungen auf einem Metallbarren, der im Amt für Gewichte und Maße in Paris aufbewahrt wurde. Heute wird ein viel genauerer Standard verwendet, der auf der Lichtgeschwindigkeit beruht.

 
Definitionsgemäß ist ein Meter der Weg, den das Licht im Vakuum in $\mathrm {\tfrac{1}{299.792.458}}$ einer Sekunde zurücklegt

Es gibt größere und kleinere Einheiten der Länge, alle auf der Grundlage des Meters:


1 Kilometer (km) = 1000 m = $\mathrm {\ 10^{3}}$ m
1 Zentimeter (cm) = $\mathrm {\frac{1}{100}}$ m = $\mathrm {\ 10^{-2}}$ m
1 Millimeter (mm) = $\mathrm {\frac{1}{1.000}}$ m = $\mathrm {\ 10^{-3}}$ m
1 Micrometer (µm) = $\mathrm {\frac{1}{1.000.000}}$ m = $\mathrm {\ 10^{-6}}$ m
1 Nanometer (nm) = $\mathrm {\frac{1}{1.000.000.000}}$ m = $\mathrm {\ 10^{-9}}$ m

Urkilogramm
Standard-Meter, Rue de Vaugirard, Paris (Marmor)

Fragen

Antworten können aufgeklappt werden

Richtig ist: Meter (m)
Richtig ist: Kilogramm (kg)
Richtig ist: Sekunde (s)

Richtig ist:


g = Gramm mg = Milligramm t = Tonne µm = Mikrometer ms = Millisekunde

5. Rechne die folgenden Einheiten um


1564 mm in m 1750 g in kg 26 t in kg
62µs in s 3,65 x 104 g in kg

Richtig ist:


1564 mm = 1,564 m 1750 g = 1,75 kg 26 t = 26.000 kg
62µs = 0.000062 s 3,65 x 104 g = 36,5 kg

Richtig ist:
a) 5 x 10-3 kg
b) 5000 mg


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