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Basisgrößen und ihre Darstellung 07:16 min

Textversion des Videos

Transkript Basisgrößen und ihre Darstellung

Hallo und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Basisgrößen und ihre Darstellung. Das hört sich vielleicht erstmal etwas trocken an, ohne Basisgrößen könnten wir aber nichts messen, beziehungsweise könnten wir schon messen, wüssten aber nicht, was wir da messen. Deshalb sind Basisgrößen ein grundlegender Punkt in der Physik. Du wirst hier zuerst lernen, wie Größen dargestellt werden. Das werden wir dann an einigen Beispielen verdeutlichen. Weiterhin wirst du die Antwort auf die Frage bekommen, was das SI-Einheitensystem ist und aus welchen Basiseinheiten es besteht. Nachdem du jetzt weißt, was du gleich lernen wirst, kann es auch schon losgehen. Eine Größe, anders gesagt eine physikalische Größe, gibt einen Wert an. Eine solche physikalische Größe ist zum Beispiel die Masse. Um zu wissen, wie schwer etwas ist, zum Beispiel eine Eisenkugel, wiegen wir es. Die Waage zeigt uns dann einen Wert für die physikalische Größe der Masse an. Der Größenwert wird als Produkt aus Zahlenwert und physikalischer Einheit angegeben. Wiegt eine Eisenkugel zum Beispiel zwei Kilogramm, so hat sie den Größenwert zwei Kilogramm. Man kann auch sagen, der Wert setzt sich zusammen aus dem Produkt von Zahlenwert und Einheit. Zwei ist dabei der Zahlenwert und Kilogramm die Einheit. So kannst du sagen, diese Eisenkugel wiegt zwei Kilogramm, und der Nachbar weiß, was du meinst. Du kannst aber auch sagen, diese Eisenkugel wiegt 2000 Gramm oder aber sie wiegt vier Pfund. In allen drei Fällen hat die Eisenkugel die gleiche Masse, es wurden nur unterschiedliche Einheiten gewählt. Zu jeder Größe kann es also mehrere Einheiten geben. Sicherlich kennst du schon einige Einheiten. Manche kennt man aus dem Alltag, wie zum Beispiel Kilogramm oder Gramm, Liter und Meter. Die Temperatur misst man zum Beispiel in Grad Celsius oder Kelvin und die Zeit in Stunden, Minuten und Sekunden. Andere lernt man erst kennen, wenn man sich mit Physik oder anderen Naturwissenschaften beschäftigt, wie zum Beispiel das Volt für die Größe der elektrischen Spannung oder das Ohm für den elektrischen Widerstand oder die Geschwindigkeit, die man in Metern pro Sekunde oder Kilometern pro Stunde misst. Bevor du lernst, was das SI-Einheitensystem ist, wollen wir uns erst einmal fragen, was ein Meter ist. Da könnte man jetzt sagen: Ganz klar, ein Meter sind 100 Zentimeter. Aber was ist ein Zentimeter? Zehn Millimeter. Und was ist ein Millimeter? 1000 Mikrometer. Diese Fragerei könnte man beliebig fortsetzen, ohne an ein Ende zu kommen. Deshalb bleibt einem nichts anderes übrig, als einmal festzulegen, was ein Meter ist. Genau das ist 1793 in Paris passiert. Um genau definieren zu können, was ein Meter ist, wurde die Strecke vom Nordpol zum Äquator möglichst genau vermessen und dieser Wert dann durch 10 Millionen geteilt. Dann wurde ein Messingstab mit genau dieser Länge hergestellt. Diesen Stab nennt man Urmeter. Dieser Urmeter hatte noch zwei Nachfolger aus anderen Materialien. Bis 1960 war der Meter über diese Urmeter definiert. Heutzutage sind alle Basiseinheiten außer das Kilogramm durch Naturkonstanten definiert. Der Vorteil liegt darin, dass so die Einheiten überall reproduziert werden können und Referenzgegenstände wie zum Beispiel das Urmeter, die beschädigt werden könnten, überflüssig werden. Ein Meter zum Beispiel wird über die Strecke definiert, die Licht in einer bestimmten Zeit im Vakuum zurücklegt. Ziel des Urmeters war es, dass man an verschiedenen Orten die gleiche Länge meint, wenn man ein Meter sagt. Angenommen, du misst hier in Deutschland deine Körpergröße. Das Ergebnis ist 1,50 Meter. In China misst auch jemand seine Körpergröße und misst auch 1,50 Meter. So kannst du dir sicher sein, dass der Mensch in China genauso groß ist wie du, weil ihr das gleiche Messergebnis erhalten habt. Wäre der Meter nicht genau definiert, dann wäre das nicht der Fall, weil dann in China ein Meter etwas anderes wäre als in Deutschland. Diese Vergleichbarkeit von Messwerten ist für Naturwissenschaftler sehr wichtig. Wenn man seine Ergebnisse vergleichen will, dann muss man sichergehen können, dass der andere das Gleiche meint, wenn er sagt, etwas sei einen Meter lang. Um andere Messgrößen als in Meter vergleichen zu können, wurde das SI-Einheitensystem eingeführt. Es umfasst einige Basisgrößen mit sehr genau bestimmten Einheiten, die sogenannten Basiseinheiten. Da diese Basiseinheiten sehr genau bestimmt sind, können sie überall auf der Welt verglichen werden. Das SI-Einheitensystem besteht aus folgenden Basisgrößen und Basiseinheiten: Die Länge ist eine SI-Basisgröße, sie wird in der Basiseinheit Meter, Kurzform m, gemessen und angegeben. Die Masse ist eine weitere Basisgröße, die zugehörige Einheit ist das Kilogramm, kurz kg. Die Basisgröße Zeit wird in der Basiseinheit Sekunde gemessen, Kurzform s. Die Stromstärke wird in Ampere gemessen. Auch die Temperatur ist eine Basisgröße im SI-Einheitensystem, sie wird in Kelvin gemessen. Sicher kennst du auch Temperaturangaben in Grad Celsius, Physiker benutzen aber Kelvin, um Temperaturen anzugeben. Um anzugeben, aus wie vielen Teilchen ein Stoff besteht, gibt man die Größe der Stoffmenge an, sie wird in Mol gemessen. Ein Mol ist dabei einfach die Teilchenzahl von zwölf Gramm Kohlenstoff. Die letzte Basisgröße des SI-Einheitensystems ist die Lichtstärke, sie wird in Candela, kurz cd, angegeben. Das sind dann auch schon alle Basisgrößen und Basiseinheiten des SI-Einheitensystems. Aus ihnen können alle anderen Größen und Einheiten hergeleitet werden. So, was hast du heute gelernt? Eine physikalische Größe gibt einen Wert an. Der Größenwert entspricht dabei einem Zahlenwert mal einer Einheit. Im SI-Einheitensystem sind genau vermessene Basisgrößen und Basiseinheiten zusammengefasst. Aus ihnen können alle anderen Größen und Einheiten abgeleitet werden. Beispiele für Einheiten sind Kilogramm, Meter, Volt, Meter pro Sekunde und viele mehr. Um Messgrößen vergleichen zu können, müssen genaue Basisgrößen und Basiseinheiten festgelegt werden. Die erste war dabei der Urmeter von Paris. Heutzutage definiert man alle Basiseinheiten außer das Kilogramm über Naturkonstanten wie zum Beispiel die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit. Im SI-Einheitensystem sind genau vermessene Basisgrößen und Basiseinheiten zusammengefasst. Aus ihnen können alle anderen Größen und Einheiten abgeleitet werden. Das war es dann auch schon zum Thema Basisgrößen und ihre Darstellung. Ich hoffe, du hast was gelernt. Tschüss und bis zum nächsten Mal.

6 Kommentare
  1. Naja...

    Von Maddie, vor 9 Monaten
  2. Es ist gut erklärt aber sehr monoton und man kann sich dann nicht so gut konzentrieren und es wird langweilig. Es wäre gut wenn du die Videos mit mehr Motivation machst.

    Von Maddie, vor 9 Monaten
  3. Gut erklärt, man sollte es einfach nur dann nicht machen, wenn man müde ist und sich nicht konzentrieren kann ;)

    Von Sarah B., vor etwa einem Jahr
  4. NICHT SO GUT

    Von Leonardo Morelli, vor mehr als einem Jahr
  5. GG

    Von Leonardo Morelli, vor mehr als einem Jahr
  1. Gut erklärt

    Von Haenssgen, vor fast 5 Jahren
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Basisgrößen und ihre Darstellung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Basisgrößen und ihre Darstellung kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne Eigenschaften einer physikalischen Größe.

    Tipps

    Die Masse ist ein Beispiel für eine physikalische Größe. Eine mögliche Angabe ist: Ralf hat eine Masse von m = 55 kg.

    Lösung

    Eine physikalische Größe gibt einen Wert an. Der Größenwert wird als Produkt aus Zahlenwert und physikalischer Einheit angegeben. Tatsächlich kann eine physikalische Größe verschiedene Einheiten haben. Bestimmt hast auch du schon einmal verschiedene Einheiten verwendet, um eine gleiche Größe anzugeben. Zum Beispiel wenn du über Strecken sprichst. Bei einer langen Urlaubsreise macht es wenig Sinn, die zurückgelegte Strecke in cm anzugeben. Man verwendet hier eher die Einheit km. Um aber einen kleinen Gegenstand wie zum Beispiel einen Würfel zu vermessen, ist die Verwendung der Einheit cm durchaus sinnvoll. In beiden Fällen wird aber die physikalische Größe Strecke oder auch Länge angegeben.

    In verschiedenen Regionen und Arbeitsfeldern werden zum Teil unterschiedliche Einheiten verwendet. In der Seefahrt ist die Verwendung der Einheit Seemeile (M) recht geläufig. Eine Seemeile ist hier auch die Einheit einer Strecke. Sie entspricht einer Strecke von 1,852 km.

  • Beschreibe den Prozess der Festlegung des Urmeters.

    Tipps

    Fülle zunächst die Lücken aus, bei denen du dir sicher bist, und schaue anschließend, welche Wörter noch übrig sind.

    Lösung

    Eine Einigung auf ein Einheitensystem ist in vielen Lebensbereichen sehr wichtig. Heutzutage gibt es internationale Einheitensysteme, die es ermöglichen, physikalische Größen auf der ganzen Welt recht unkompliziert zu vergleichen. Die Kommunikation wird dadurch deutlich erleichtert, weil Umrechenschritte vermieden werden. Neben der Festlegung auf ein Einheitensystem ist aber auch die möglichst genaue Definition der Einheit von großer Bedeutung.

    Es gibt ein Beispiel aus dem Alltag, an dem sich dies verdeutlichen lässt. Vielleicht hast du schon einmal über das Internet Kleidung im Ausland bestellt. Die Größen, in denen die Kleidung angegeben werden, können hier ganz anders sein als die, die wir hier in Deutschland verwenden. Wenn man zum Beispiel nur die Angaben M, L, XL und XXL kennt, kann man nur wenig mit einer Konfektionsgröße 58 anfangen. Aber sogar wenn man ein Kleidungsstück bestellt, dessen Größe in der einem bekannten Form, zum Beispiel L, angegeben ist, kann es passieren, dass es dann doch nicht passt. Die Größe L war dann in dem Land, in dem man bestellt hat, anders definiert als im eigenen Land.

  • Nenne Basisgrößen und ihre SI-Einheiten.

    Tipps

    Verbinde zunächst die Paare, bei denen du dir sicher bist.

    Lösung

    Das Besondere an Basisgrößen der Physik ist, dass sie nicht durch andere Basisgrößen ausgedrückt werden können. Aus praktischen Gründen hat man sich auf ein System von Basisgrößen geeinigt: das ISQ-System (aus dem Englischen International System of Quantities). Zudem müssen die Einheiten dieser Basisgrößen festgelegt sein. Hierfür wurde das SI-System eingeführt, das für jede Basisgröße eine Einheit vorsieht. Die Vergleichbarkeit von physikalischen Größen war früher durch die Verwendung unterschiedlicher Einheiten zum Teil eingeschränkt. Zur Angabe von Längen wird in manchen Regionen noch die Einheit Elle verwendet. Die Elle ist ein Körperteil und wurde früher zur groben Abschätzung von Längen zum Beispiel auf dem Wochenmarkt verwendet. Da aber jeder Mensch eine verschieden lange Elle hat, wurde auch diese Einheit irgendwann genauer definiert.

  • Rechne die Angaben in SI-Einheiten um.

    Tipps

    Du kannst dein Ergebnis kontrollieren, indem du von kg und cm wieder in Pfund und inch umrechnest. Du solltest dann wieder auf die ursprünglichen Werte kommen.

    Lösung

    Tatsächlich gibt es neben dem SI-System noch viele andere Einheitensysteme, die zum Teil auch heute noch verwendet werden. Wenn du tatsächlich mal auf einen Einheit stößt, die du nicht kennst, so findest du im Internet sicherlich einen Umrechenfaktor für dir bekannte Einheiten.

    Inga hat diese Informationen im Internet gefunden:

    1 inch entspricht 2,54 cm. 0,5 inch entsprechen daher 0,5$\cdot$2,54 cm = 1,27 cm.

    1 Pfund entspricht 0,454 kg. 1,5 Pfund entsprechen daher 1,5$\cdot$4,54 kg = 0,681 kg.

  • Nenne Gründe dafür, dass Einheiten heute überwiegend über Naturkonstanten definiert werden.

    Tipps

    Was bedeutet es für die Definition einer Einheit, wenn das verwendete Referenzobjekt beschädigt wird?

    Lösung

    Tatsächlich wurde für Naturkonstanten bisher immer ein konstanter Wert gemessen. Wenngleich sie zum Teil nur sehr kompliziert zu vermessen sind, so eignen sie sich deshalb dennoch zur Definition der Basiseinheiten. Zudem kann auf Referenzobjekte verzichtet werden, die zum Beispiel beschädigt werden könnten. So war der Urmeter zum Beispiel aus Kupfer gefertigt. Da sich Kupfer bei Erwärmung ausdehnt, war eine Lagerung bei absolut konstanter Temperatur nötig. Andernfalls hätte sich die Definition des Meters bei jeder Temperaturschwankung verändert.

    Ein Beispiel ist die Definition des Meters: 1960 war eine so genaue Messung der Lichtgeschwindigkeit möglich, dass sicher belegt werden konnte, dass es sich dabei um eine Naturkonstante handelt. Seither ist der Meter auf die Länge definiert, die das Licht im Vakuum in 1/299 792 458 Sekunden zurücklegt.

  • Nenne Probleme, die bei der Verwendung eines falsch geeichten Zollstocks auftreten können.

    Tipps

    Stelle dir vor, du zeichnest mit einem fehlerhaften Lineal eine 10 cm lange Linie. Diese lässt du dann mit dem gleichen Lineal von deinem Freund vermessen. Was würde er dann messen?

    Lösung

    Es ist tatsächlich so, dass wenn jeder, der an dem Bau des Hauses beteiligt ist, den Zollstock verwenden würde, der 4 % zu lang ist, dass das Haus ohne Probleme gebaut werden könnte. Jedes Fenster, jede Rohrleitung wäre zwar ein bisschen länger, die Proportionen des Hauses blieben aber erhalten.

    Wenn sich eine Gruppe von Menschen, wie hier die Arbeiter auf der Baustelle, auf eine Festlegung des Meters geeinigt haben, so können sie diese Einheit verwenden, ohne dabei innerhalb der Gruppe Probleme zu bekommen. Probleme treten erst dann auf, wenn Zusammenarbeit mit einer Gruppe, die eine andere Definition des Meters verwendet, nötig wird.

    Es wird hier deutlich, dass es sich bei der Festlegung von Basiseinheiten um eine Konvention handelt, auf die sich die Menschen irgendwann einigen mussten, um sinnvoll zusammenarbeiten zu können. Der Meter hätte dabei genauso gut etwas länger oder kürzer sein können. Entscheidend war nur, dass jeder Mensch exakt die gleiche Vorstellung von der Länge eines Meters hat.