Waage die in schwerelosem Zustand funktioniert

Wissenschaft Physik
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Ich bin in Physik bei einem sehr interessanten Thema aber bin jetzt auf eure Hilfe angewiesen. Ich muss bis zum nächsten Donnerstag wissen ob es eine Waage gibt die an einem schwerelosen Ort (z.B Raumfahrzeug) funktioniert.
Falls es so eine gibt erklährt mir bitte so genau wie möglich, wie sie funktioniert(wenn möglich mit Skizze z.B aus den Internet)

Ich wäre sehr Dankbar wenn jemand so schnell wie möglich mir eine Antwot gibt.

Danke

Jim

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Hallo,

wenn die Waage das Gewicht anzeigen soll, reicht eine Papptafel, wo Null draufsteht.

Wenn Du die Masse eines Körpers bestimmen willst, kannst Du jede Abhängigkeit einer anderen Größe von der Masse nutzen, die dieser proportional ist. Diese Größe im Experiment („Wägung“) bestimmen und zurückrechnen. E = m * c2 oder was anderes.

ujk

3

Falls es so eine gibt erklährt mir bitte so genau wie möglich,
wie sie funktioniert(wenn möglich mit Skizze z.B aus den
Internet)

Zb eine Federwaage radial auf einer sich drehenden Scheibe.

LG
Stuffi

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Hallo Jim!

Falls es so eine gibt erklährt mir bitte so genau wie möglich,
wie sie funktioniert…

Ich könnte mir vorstellen, durch Nutzung des Massenträgheitsmomentes Js zu einer Massenbestimmung zu kommen. Mit einer Art Bauanleitung mit Erklärung der Funktion so einer „Waage“ kann ich nicht dienen. Ich würde mir aus dem Massenträgheitsmoment einer z. B. auf einer Kreisbahn bewegten Masse mit Js = m * r² eine funktionstüchtige Apparatur herleiten.

Gruß
Wolfgang

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Hi Jim,

Ich wäre sehr Dankbar wenn jemand so schnell wie möglich mir
eine Antwot gibt.

also wie schon gesagt wurde, ist der Begriff ‚Gewicht‘ in der Schwerelosigkeit irrelevant und braucht auch nicht gemessen werden.
Wenn sich die Grage ausl auf Waagen bezog, die ‚Gewicht‘ bestimmen ist die Frage sinnlos.
Anders ist eine Messung der Masse.
Dort gibt es verschiedene Prinzipien, die man zur Messung heranziehen kann, die sich aber auf die Trägheitsmessung zurückführen lassen.

Du mußt also ein Messgerät bauen, mit dem Du irgendwie die Trägheit des zu messenden Körpers bestimmst.

Beschleunigung ist ein übliches Verfahren.

Gandalf

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Hallo,

so könnte man es machen:

# #
#-//////////-X-//////////-#
# #
###########################


-//////- = Feder mit Federkonstante D
X = Testobjekt mit unbekannter Masse m
##### = starrer Rahmen
 = Schwingungsrichtung von X

Bei kleinen Amplituden (d. h. die Federn federn linear) schwingt das Testobjekt mit der Kreisfrequenz ω = √(2 D/m). Folglich ist seine Masse gegeben durch m = 2 D/ω².

Gruß
Martin

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was willst du?
willst du deine ruhemasse bestimmen - egal wie?

dann geht das auch in der schwerelosigkeit…das haben die anderen schon beschrieben.

willst du eine herkoemmliche waage dazu bringen, dass sie in der schwerelosigkeit dein gewicht misst?

das geht, in dem du die waage in eine rotatorische bahn bringst, die auf radius und geschwindigkeit so ausgelegt ist, dass diese die erdbeschleunigung ersetzen.

kraft->gewicht:

du brauchst also immer eine beschleunigung, um eine kraft zu messen.
ansonsten waere dein gewicht 0…wie im weltraum…

du hast die masse, aber kein gewicht. dein gewicht kannst du selbst bestimmen…wenn du es der erde ueberlassen willst, dann hilft sie dir mit der erdbeschleunigung…allerdings wiegst du auf dem mond weniger und auf der sonne mehr.

mfg:smile:
rene

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4klugscheissing
hi jim,

worauf dein lehrer (?) vermutlich hinauswill ist der ‚virtuelle‘ unterschied zwischen schwerer und träger masse. google danach.

hth,

stefan

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Ja danke erst mal, zur frage was willst du: ich sollte einen beliebigen Gegenstand wägen können.

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

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Ich danke allen die mir bis jetzt eine Antwort gegeben haben, ich werd mi alles genau überlegen und dann eine Skizze machen, falls alles stimmt wie es ist bekomme ich eine 6 in Physik.

Darum nochmals vielen Dank.

Jim

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Also 6 ist in der Schweiz das besste (Deutschland = 1)

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huhu,

Ja danke erst mal, zur frage was willst du: ich sollte einen
beliebigen Gegenstand wägen können.

das geht nicht, da das wiegen von der konstante „beschleunigung“ abhaengt.
du kannst hoechstens eine massebestimmung durchfuehren,also ueber die rotation eine beliebige beschleunigung einfuehren und die kraft messen.
(auf einer waage auf der erde misst du die kraft und laesst dir die masse anzeigen-im schwerelosen waere die kraft 0 und somit deine masse unbekannt)

so, wie die aufgabe dasteht, gibt es unendlich viele loesungen/betraege fuer dein gewicht im weltraum.

es sei denn, die aufgabe lautet, du sollst eine moeglichkeit zur bestimmung des gewichts auf der erde/mond/irgendwo eines koerpers im schwerelosen entwickeln.

somit muesstest du eben die feder/rotationsgeschwindigkeit so auslegen, dass sie der jeweiligen beschleunigung entspricht, die von dem jeweiligen koerper(erde,mond,irgendwo)ausgeht.

mfg:smile:
rene

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Hallo Jim!

ich sollte einen
beliebigen Gegenstand wägen :können.

Du mußt vor allen Dingen Masse und Gewicht säuberlich unterscheiden. Wenn wir auf der Erde 1 kg Bananen abwiegen, dann messen wir eigentlich eine Kraft, obwohl auf der Skala der Waage nicht die Maßeinheit einer Kraft (Newton N), sondern die Maßeinheit einer Masse (Kilogramm kg) steht. Beim Abwiegen der Bananen wird nämlich die Kraft ausgenutzt, mit der sich die Masse der Bananen und die Masse der Erde anziehen.

In der Schwerelosigkeit wirken die Massen der Erde oder anderer Planeten oder anderer Sterne nicht in der gewohnten Weise, daß wir deren Anziehungskraft für die Bestimmung der Masse unserer Bananen nutzen können. Weil sich in der Schwerelosigkeit die Massenanziehungskraft (auf der Erdoberfläche die Beschleunigung g = 9,81 m/s²) nicht nutzen läßt, muß man für die Massebestimmung der Bananen (ich sage absichtlich nicht Wägung) eine andere Eigenschaft von Massen als die Massenanziehung nutzen. Dabei bietet sich die Massenträgheit als Eigenschaft einer Masse an.

Gruß
Wolfgang

14

Zuerst mal vielen Dank für diese Lösung mit Skizze, ich verstehe alles bis zur Formel, darum wollte ich fragen ob Du die einwenig einfacher aufschreiben kannst.
Denn wenn mein Lehrer sagt: „Er klähr mir diese Formel…!!“
Dann kann ich nicht antworten!

Danke

Gruss Jim

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Wenn wir auf der Erde 1 kg Bananen abwiegen,
dann messen wir eigentlich eine Kraft

Das kommt auf die Waage an. Mit einer Balkenwaage messen wir beispielsweise die Masse.

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hihi

Wenn wir auf der Erde 1 kg Bananen abwiegen,
dann messen wir eigentlich eine Kraft

Das kommt auf die Waage an. Mit einer Balkenwaage messen wir
beispielsweise die Masse.

huhu,

dann wuerde mich interessieren, wieviel masse deine balkenwaage in der schwerelosigkeit anzeigt…:smile:))

mfg:smile:
rene

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Hallo,

verstehe alles bis zur Formel, darum wollte ich fragen ob Du
die einwenig einfacher aufschreiben kannst.

Einfacher aufschreiben?? „√“ bedeutet Quadratwurzel, und „/“ versteht sich als Bruchstrich. Zur Erklärung dafür, warum diese Formel richtig ist, verweise ich mal auf Dein Physikbuch.

Zu der von mir vorgeschlagenen Konstruktion gibts übrigens noch was zu sagen, und zwar folgendes.

Hängst Du auf der Erde eine Masse m an eine Feder mit der Richtgröße D und läßt sie daran auf- und abschwingen, dann schwingt die Masse nämlich genaugenommen gar nicht mit der Kreisfrequenz

ω = √(D/m),

sondern mit der Kreisfrequenz

ω = √(D/µ) mit µ := 1/(1/m + 1/MErde)

(µ = „reduzierte Masse“)

(wobei die Erde als perfekt starrer Körper idealisiert sein soll). Da MErde viel (viel viel…) größer ist als die m’s von Massen, die Menschen an Federn hängen können, stimmt µ so gut mit m überein, dass der Fehler in ω äußerst klein ist [*].

[*] Quantitativ: µ = 1/(1/m + 1/MErde) = m (1/(1 + m/MErde)) ≈(Taylor) m (1 + m/MErde). Die relative Abweichung µ/m – 1 ist also gerade gleich dem Verhältnis m/MErde und hat für m = 1 kg (MErde = 6E+24 kg) den Wert 1 / 6E+24 = 1.667E–25.

Im Falle der im Raumschiff betriebenen Waage muß man MErde durch MRaumschiff ersetzen. Je kleiner MRaumschiff und je größer m ist, desto mehr schwingt das Raumschiff in Gegenrichtung beim Wägevorgang und umso größer wird auch der Meßfehler. Im schlimmsten Fall, z. B. wenn man die Masse einer stecknadelkopfgroße Kugel aus Neutronensternsubstanz bestimmen wollen würde, würde das Meßobjekt praktisch ganz in Ruhe verharren und nur das Raumschiff (mit sehr kleiner Frequenz) schwingen. In diesem Fall würde die Formel „m = 2 D/ω²“ (fast genau) die Masse des Raumschiffs liefern!

Man könnte das Problem dadurch lösen, indem man die Konstruktion gar nicht am Raumschiff festschraubt, aber dafür dem Rahmen eine genau definierte Masse MRahmen gibt. Dann rechnet man mit µ = 1/(1/m + 1/MRahmen) und die Sache ist gut. Große Massen
(m >> MRahmen) lassen sich allerdings schlecht wiegen, weil µ und damit ω dann vorwiegend von MRahmen bestimmt wird.

Es geht aber viel besser, nämlich so:

# #
# M[] #
# | #
#-//////////-o-//////////-#
# | #
# X[] #
# #
###########################

o = Gelenk
| = Wagbalken (starre Stange)
[] = "Körbe"

In den X-Korb kommt das Testobjekt, in den M-Korb kommen Wägestücke (Eisenklumpen mit genau bekannten Massen). Bei jedem Start eines Pendelvorgangs (bisschen auslenken und dann loslassen) wird die Seite mit der schwereren Masse „zurückbleiben“. Nur wenn mM = mX ist, ist die Waage ausbalanciert, und beide Seiten schwingen synchron. mX ist dann gleich der Summe der Massen aller Wägestücke im M-Korb – klar. Im Grund ist es eine ordinäre Balkenwaage, bei der die notwendige Beschleunigung statt durch Erdschwerkraft durch Federn erzeugt wird (mit nur einer Feder gehts natürlich auch). Entscheidend ist, daß die Masse von X bei dieser Waagenversion durch Vergleich bestimmt wird – die Schwingungsdauer interessiert hier überhaupt nicht! Man kann damit theoretisch beliebig schwere Massen wiegen, vorausgesetzt, man hat auch schwere Wägestücke zur Verfügung.

Gruß
Martin

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danke ich versuchs

jim

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ja aber so viel ich weiss ist es unmöglich auf der erde einen schwerelosen zustand zu erzeugen ausser man fliegt mit den flugzeug steil nach untern oder so…

-D

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ja aber so viel ich weiss ist es unmöglich auf der erde einen
schwerelosen zustand zu erzeugen ausser man fliegt mit den
flugzeug steil nach untern oder so…

ja, aber ich denke, du sollst einen schwerelosen raum voraussetzen???:smile:…also vergiss jeglichen planeten und stern:smile:…oder was meinst du?

mfg:smile:
rene