Größen und Einheiten

Eine Messung könnte ein Resultat wie das obige liefern: Eine Strecke von 20 m. Sie liefert eine physikalische Größe, die aus einem Zahlenwert und einer Einheit besteht. Die Stoppuhr liefert die benötigte Zeit von ca. 2 s. Für Einheiten gibt es Symbole wie „m“ für Meter oder „s“ für Sekunde. Eine Zusammenstellung wichtiger (SI) Einheiten findet sich im Anhang.

Auch für sehr große oder sehr kleine Zahlenwerte gibt es kürzere Schreibweisen. Entweder in der sogenannten wissenschaftlichen Notation mit 10er-Potenzen oder mit bestimmten Präfixen, die jeweils einer Potenz entsprechen. Die Strecke 1250 m lässt sich somit abkürzen zu: 1,25 103 m bzw. 1,25 km. Insbesondere für die Mechanik wichtige Basisgrößen sind

Länge

Vor gut 100 Jahren wurde die Längeneinheit Meter (m) über zwei Kerben in einem Metallstab festgelegt. Von diesem in Paris aufbewahrten Original wurden exakte Kopien an alle Normungs-behörden weltweit verschickt. Heute geht die Einheit Meter auf eine Naturkonstante zurück, nämlich die Lichtgeschwindigkeit: Ein Meter ist die Entfernung, die das Licht im Vakuum in 1/299 792 548  Sekunden zurücklegt.

Die Bestimmung der Länge wird letztlich auf eine hochpräzise Zeitmessung zurückgeführt.

Zeit

Die Zeitmessung basiert auf einem periodischen Vorgang. Nahe-liegend wurden früher Stunde, Minute und Sekunde auf die tägliche Rotation der Erde zurückgeführt. Im 17. Jh. aufkom-mende Uhren nutzten die regelmäßigen Schwingungen von Pendeln oder Federn.

Heute definiert man die Zeit ebenfalls über eine Naturkonstante: Taktgebende Schwingung zur Definition der Zeiteinheit Sekunde (s) ist eine bestimmte Oszillation des Caesiumatoms. Diese extrem schnelle Schwingung ermöglicht die von Atomuhren bekannte Ganggenauigkeit.

Masse

Noch wird die Masseneinheit Kilogramm (kg) über einen Zylinder aus einer Platin-Iridium-Legierung festgelegt, der sich ebenfalls in Paris befindet und von dem es weltweit Kopien gibt. Für Messungen auf atomarer Skala verwendet man die atomare Masseneinheit u, die anhand des Kohlenstoff-12-Atom definiert ist. Aktuell wird im aus Deutschland koordinierten Avogadro-Projekt eine Neudefinition des Kilogramms über das „Zählen“ von Atomen in einem Silizium-Einkristall angestrebt.

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