Messen und Messgeräte in der Werkstatt
Ben baut ein Regal. Er sägt vier Bretter ab, die alle 40 cm lang sein sollen. Beim Zusammenbau wackelt das Regal, denn ein Brett ist 2 mm zu kurz und ein anderes 5 mm zu lang. Beim Kleben fragt sich Ben außerdem: Ist es im Raum warm genug? Und wie viele Schrauben sind im Karton, ohne dass er sie zählt?
Du lernst, welches Messgerät zu welcher Aufgabe passt, wie du Maßband, Waage und Thermometer richtig benutzt und wie man messen kann, was man weder sieht noch hört noch fühlt.
Messgröße, Einheit, Messwert und das Ablesen einer Skala kennst du aus der Lektion „Naturwissenschaftliches Arbeiten: Messen und Größen“. Hier geht es darum, wie du in der Werkstatt misst.
Das passende Messgerät wählen
Ein Messgerät zeigt dir den Wert einer Messgröße als Zahl. In der Werkstatt misst du vor allem drei Größen:
| Messgröße | Messgerät | Einheiten | Beispiel aus der Werkstatt |
|---|---|---|---|
| Länge | Maßband, Zollstock (ein Lineal zum Auffalten), Lineal | mm, cm, m | ein Brett ablängen |
| Masse | Waage | g, kg | Schrauben abwiegen |
| Temperatur | Thermometer | °C | prüfen, ob es für den Kleber warm genug ist |
Zwei Eigenschaften helfen bei der Wahl. Der Messbereich ist der größte Wert, den das Gerät messen kann. Ein Lineal mit 30 cm misst keinen Balken von 2 m. Die Genauigkeit hängt vom kleinsten Abschnitt der Skala ab. Eine Waage, die nur in 10-g-Schritten anzeigt, kann eine Schraube von 3 g nicht genau wiegen.
Das Maßband richtig benutzen
Auf dem Maßband stehen Zentimeter und kleinere Striche für Millimeter (mm). 1 cm sind 10 mm, 1 m sind 100 cm und damit 1000 mm. So gehst du vor:
- Das Band am Anfang ist ein kleiner Haken. Er sitzt locker und verschiebt sich um genau seine Dicke. So stimmt das Maß, wenn du den Haken an eine Kante hängst, und auch, wenn du ihn gegen eine Wand drückst.
- Halte das Band gerade und straff und schaue senkrecht auf die Skala. Von der Seite liest du schief ab.
- Zeichne das Maß mit einem spitzen Bleistift an. Miss lieber zweimal, bevor du sägst.
- Beim Sägen geht Material verloren. Die Säge macht einen schmalen Schnitt, die Schnittbreite. Bei einer Handsäge für Holz sind das etwa 2 mm. Das Holz darin wird zu Sägemehl. Rechne die Schnittbreite mit ein.
Wie viel bleibt vom Brett übrig?
Wie viel bleibt vom Brett übrig?
Ben hat ein Brett von 100 cm. Er sägt drei Stücke von je 30 cm ab. Jeder Schnitt ist 2 mm breit. Wie lang ist der Rest?
Rechne alles in Millimetern. 100 cm sind 1000 mm. Ein Stück ist 300 mm lang, drei Stücke sind 900 mm.
Für drei Stücke braucht Ben drei Schnitte. Jeder frisst 2 mm, das sind 6 mm. Von 1000 mm gehen 900 mm und 6 mm weg. 1000 minus 900 ist 100, minus 6 ist 94. Der Rest ist 94 mm lang, also 9,4 cm.
Waage und Tara
Eine Waage misst die Masse in g oder kg. Willst du Material in einem Gefäß wiegen, stellst du erst das leere Gefäß auf die Waage und drückst die Taste Tara. Sie stellt die Anzeige auf 0. Danach zeigt die Waage nur das Material und nicht das Gefäß. Das Nullstellen kennst du vom Kalibrieren aus der Lektion zum Messen.
Mit der Waage kannst du auch zählen. Du wiegst zehn gleiche Teile und fragst, wie oft dieses Gewicht in der ganzen Menge steckt.
Schrauben zählen durch Wiegen
Schrauben zählen durch Wiegen
Zehn Schrauben wiegen zusammen 35 g. Der ganze Karton wiegt nach der Tara 280 g. Wie viele Schrauben sind im Karton?
Ein Päckchen aus zehn Schrauben wiegt 35 g. Wie oft passen 35 g in 280 g? 35 mal 8 ist 280. Es sind also 8 Päckchen. 8 mal 10 ist 80. Im Karton sind 80 Schrauben.
Das Thermometer in der Werkstatt
Viele Stoffe verarbeitet man nur bei der richtigen Temperatur. Auf der Packung eines Klebers kann stehen: nur ab 15 °C verarbeiten. Zeigt das Thermometer 12 °C, fehlen noch 3 °C. Wie das Thermometer aufgebaut ist, steht in der Lektion „Temperatur, Thermometer und Wärmeausdehnung“.
Für eine gute Messung wartest du, bis die Anzeige ruhig steht. Du hältst das Thermometer weder in die Sonne noch an eine Wand oder in die Hand. In einer Flüssigkeit hängt der Fühler in der Mitte und nicht am Boden.
Messen, was man nicht wahrnimmt
Manches ist da und messbar, obwohl du es weder siehst noch hörst noch fühlst. Dafür gibt es Sensoren. Das sind Bauteile, die eine Größe aufnehmen und in ein Signal verwandeln, zum Beispiel in eine Zahl auf einer Anzeige. Das erinnert an Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe beim Computer (Lektion „Computer, Betriebssystem und Dateien“).
- Ultraschall sind Töne, die zu hoch für dein Ohr sind. Eine Einparkhilfe sendet sie aus und misst, wie lange das Echo zurückbraucht. Kommt es doppelt so spät, ist das Hindernis doppelt so weit weg.
- UV-Licht steckt im Sonnenlicht. Du siehst es nicht, aber es verbrennt die Haut. Der UV-Index gibt die Stärke als Zahl an. Ab 3 brauchst du Sonnenschutz.
- Magnetfeld heißt der Raum um einen Magneten, in dem er auf Eisen wirkt. Du spürst ihn nicht, aber eine Kompassnadel dreht sich nach dem Magnetfeld der Erde. Ein Fahrradtacho nutzt das: Ein kleiner Magnet am Rad fährt bei jeder Umdrehung am Sensor vorbei. Der Tacho zählt diese kurzen Signale, die Impulse. Bei einem Radumfang von 2 m bedeuten 500 Impulse 500 mal 2 m, also 1000 m.
Ein Messgerät bauen und kalibrieren
Du kannst auch selbst ein Messgerät bauen, zum Beispiel eine Waage aus einem Gummiband. Du hängst das Gummiband an einen Haken und daran einen Becher. Daneben klebst du ein Lineal. Ein Zeiger am Becher zeigt, wie weit sich das Band dehnt.
Dann musst du die Skala kalibrieren: Du legst Gewichte mit bekannter Masse in den Becher und markierst jedes Mal, wo der Zeiger steht. Erst danach kannst du einen unbekannten Gegenstand wiegen.
Die Gummibandwaage ablesen
Die Gummibandwaage ablesen
Ohne Last steht der Zeiger bei 0 cm. Mit 200 g steht er bei 4 cm, mit 300 g bei 6 cm. Dann legst du einen Apfel in den Becher. Der Zeiger steht bei 5 cm. Wie schwer ist der Apfel?
5 cm liegen genau in der Mitte zwischen 4 cm und 6 cm. Die Mitte zwischen 200 g und 300 g ist 250 g, denn 200 plus 300 ist 500 und 500 geteilt durch 2 ist 250. Der Apfel wiegt 250 g.
Ein Gummiband dehnt sich nur ungefähr gleichmäßig. Prüfe das Ergebnis darum mit einer Küchenwaage. Und hänge nie mehr an, als du kalibriert hast, denn das ist der Messbereich deines Geräts.
Ein Gerät für alles
Ein Gerät für alles
„Ich messe ein Blatt Papier mit dem Lineal. Es zeigt 0 mm. Also ist das Papier gar nicht dick.“
Das Lineal ist dafür zu grob, sein kleinster Abschnitt ist 1 mm. Wähle das Gerät passend oder miss einen Stapel und teile. 500 Blatt sind 50 mm dick. Ein Blatt ist 50 geteilt durch 500, also 0,1 mm dick.
Was ich nicht spüre, gibt es nicht
Was ich nicht spüre, gibt es nicht
„UV-Licht und Magnetfelder merke ich nicht. Also kann man sie nicht messen.“
Sensoren verwandeln Dinge, die du nicht wahrnimmst, in eine Zahl. Auch Sonnenbrand und Magnetfeld lassen sich messen.
Zusammenfassung
Für Länge, Masse und Temperatur gibt es Maßband, Waage und Thermometer. Das Gerät muss zum Messbereich und zur nötigen Genauigkeit passen.
Am Maßband gleicht der lose Haken seine Dicke aus. Halte das Band gerade und schaue senkrecht auf die Skala.
Beim Sägen geht die Schnittbreite verloren. Rechne sie mit ein.
Mit der Taste Tara zieht die Waage das Gefäß ab. Durch Wiegen kannst du Teile zählen.
Sensoren machen Ultraschall, UV-Licht und Magnetfeld messbar.
Ein selbst gebautes Messgerät braucht eine Skala, die du an bekannten Werten kalibrierst.
Übungen
Welches Gerät misst die Länge eines Balkens von 2 m am besten?
Welches Gerät zeigt ein Magnetfeld an, das du nicht fühlst?
20 Nägel wiegen zusammen 50 g. Eine Packung wiegt nach der Tara 400 g. Wie viele Nägel sind in der Packung?
Ein Brett ist 150 cm lang. Du sägst vier Stücke von je 30 cm ab. Jeder Schnitt ist 2 mm breit. Wie lang ist der Rest in Millimetern?
Bei einer Gummibandwaage gehören 3 cm Dehnung zu 50 g. Der Zeiger steht bei 12 cm. Wie viel Gramm wiegt der Gegenstand?
Du sollst 200 g Sand in eine Schüssel füllen. Die leere Schüssel wiegt 350 g. Wie gehst du vor? Was zeigt die Waage, wenn du die Tara nicht benutzt?