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Kurs

Einheiten

1 Übersicht

In diesem Kurs soll erklÀrt werden, warum es Einheiten gibt und wie man mit ihnen umgeht.

2 Einheiten zur Vereinheitlichung von GrĂ¶ĂŸenangaben

FrĂŒher wurden LĂ€ngen zum Beispiel in „Finger-“oder „FußlĂ€ngen“ und Zeitspannen in Umlaufszeiten der Sonne oder des Mondes angegeben. Zum Wiegen von beispielsweise Gold wurden auf die andere Seite der Waage Steine gelegt.

Doch diese Angaben sind nicht eindeutig. Weder die Finger noch die FĂŒĂŸe aller Menschen sind gleich lang. Die Position der Sonne oder des Mondes sind selbst im modernen Alltag nicht gerade leicht zu bestimmen. Somit waren solche Angaben fĂŒr die Wissenschaft zumindest sehr schwierig zu verwenden. Außerdem wurden diese Angaben natĂŒrlich von vielen zu ihren eigenen Gunsten ausgelegt. Das Gold von einem selber hat man mit kleinen Steinen gemessen, um eine möglichst hohe Anzahl an Steinen als Gewicht des Goldes nennen zu können. Das Gold eines anderen wurde gegebenenfalls mit grĂ¶ĂŸeren Steinen gemessen, damit es nach weniger aussieht. Dies fĂŒhrte zu sehr vielen Streitigkeiten.

Um dem allen entgegenzuwirken, wurden im Laufe des 1919. Jahrhunderts genormte Einheiten etabliert. Dabei hat man ein Objekt genommen, bei welchem man festlegte, dass dies nun ein Meter ist und es vervielfĂ€ltigt. So konnte jeder dieselbe LĂ€ngenangabe verwenden und es musste nicht mehr wegen ungenauer Angaben gestritten werden. Dieses Objekt ist heute ĂŒbrigens als der sogenannte „Urmeter“ bekannt. Genauso verlief es bei anderen messbaren GrĂ¶ĂŸen.

3 Eindeutigkeit der Benennung

Wenn man beispielsweise die Einheit "cm" vor sich hat, ist dies die Einheit "centimeter". Relevant wird das hauptsĂ€chlich in der Physik, wenn es um Einheiten wie zum Beispiel "ms" geht. Steht in einem Term nĂ€mlich beispielsweise 5 ms5\,\text{ms} ("fĂŒnf Millisekunden") so ist das etwas anderes als 5 m⋅s5\, \text{m}\cdot\text{s} ("fĂŒnf Meter mal Sekunde").

4 GrĂ¶ĂŸenordnungsbezeichnungen

In Einheiten kommen oft die PrĂ€fixe "dezi", "centi" und "milli" vor. Dies entspricht der Reihe nach den lateinischen Worten fĂŒr "zehn", "hundert" und "tausend". Diese PrĂ€fixe kommen wie zum Beispiel in "Deziliter", "Centimeter" und "Millisekunden" immer wieder vor. Dabei stellen diese lateinischen PrĂ€fixe immer nur Anteile der vollstĂ€ndigen Einheit, vor welche sie gesetzte werden, dar. Ein Deziliter ist ein Zehntel eines Liters. Ein Centimeter ist ein Hundertstel eines Meters und eine Millisekunde ist ein Tausendstel einer Sekunde. Dies findet man in allen Bereichen wieder. So ist zum Beispiel ein Cent ein Hundertstel eines Euros.

Griechische PrÀfixe werden dagegen zur Bezeichnung ganzer Vielfacher der Einheiten verwendet. So entspricht ein Hektoliter hundert Litern und ein Kilogramm tausend Gramm.

5 Potenzschreibweise der GrĂ¶ĂŸenordnungsbezeichnungen

1  cm=10−2  m1  mm=10−3  m1  Όm=10−6  m1  nm=10−9  m1\;\text{cm}=10^{-2}\;\text{m}\\1\;\text{mm}=10^{-3}\;\text{m}\\1\;\mu\text{m}=10^{-6}\;\text{m}\\1\;\text{nm}=10^{-9}\;\text{m}

6 Potenzschreibweise fĂŒr Strecken, FlĂ€chen und Volumina

Potenzen können aber auch Einheiten zugeordnet sein. 1  m1=1⋅m ist eine Lašngenangabe.1  m2=1⋅m⋅m ist eine Flašchenangabe.1  m3=1⋅m⋅m⋅m ist eine Volumenangabe.\\1\;\text{m}^1=1 \cdot \text{m} \text{ ist eine LĂ€ngenangabe.}\\ 1\;\text{m}^2=1 \cdot \text{m} \cdot \text{m} \text{ ist eine FlĂ€chenangabe.}\\ 1\;\text{m}^3=1 \cdot \text{m} \cdot \text{m}\cdot \text{m} \text{ ist eine Volumenangabe.}

Negative Potenzen haben dabei eine interessante Wirkung. Nach der mathematischen Umformung 1  m−1=1m1\;\text{m}^{-1}=\dfrac{1}{\text{m}} lĂ€sst sich der Term als "Einmal pro Meter" interpretieren. Ein bisschen anders formuliert lĂ€sst sich zum Beispiel 2  €km\dfrac{2\;€}{\text{km}} als "FĂŒr jeden Kilometer zahlt/bekommt man zwei Euro" auffassen.

7 Multiplikation und Division von LÀngen, FlÀchen und Volumina

In diesem Abschnitt geht es um die bildliche Vorstellung der Multiplikation und Division von LÀngen, FlÀchen und Volumina.

LĂ€ngen mit LĂ€ngen multiplizieren

LĂ€ngen bestehen aus mehreren Punkten.

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Bei der Multiplikation zweier LĂ€ngen nimmt man fĂŒr jeden Punkt der einen LĂ€nge, die gesamte andere LĂ€nge. Und andersrum genauso.

Betrachten wir zum Beispiel die beiden LĂ€ngen 4  m4\;\text{m} und 6  m6\;\text{m}.

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An jeden Punkt auf der roten LĂ€nge wird einmal die blaue LĂ€nge daran gehĂ€ngt. Und genauso wird fĂŒr jeden Punkt auf der blauen LĂ€nge die rote LĂ€nge daran gehĂ€ngt.

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Wenn man beides in einem Bild vereint, erkennt man bereits wunderbar die FlĂ€che eines Rechteckes. Dabei ist es völlig egal, ob man die blaue oder rote Strecke nach rechts oder nach oben gelegt hat. Der FlĂ€cheninhalt (ARechteck_{Rechteck} =24  m2=24\;\text{m}^2) verĂ€ndert sich nicht, auch wenn das Rechteck auf der Seite liegen mag.

Bild

LÀngen und FlÀchen multiplizieren

Eine LĂ€nge besteht aus mehreren Punkten.

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Eine LĂ€nge mit einer FlĂ€che zu multiplizieren bedeutet, fĂŒr jeden Punkt der LĂ€nge einmal die ganze FlĂ€che daran zu hĂ€ngen.

Nimm dafĂŒr die grĂŒne LĂ€nge von 5  m5\;\text{m} und die lila FlĂ€che von 24  m224\;\text{m}^2.

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Es wird jetzt an jeden Punkt dieser grĂŒnen LĂ€nge die lila FlĂ€che angehĂ€ngt.

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Man erkennt jetzt schon den Körper, der hierbei erzeugt wird.

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LÀngen bestehen aus mehreren Punkten. Genauso bestehen auch FlÀchen aus mehreren Punkten. NÀmlich den Punkten an denen sich die Linien kreuzen.

Bild

8 Zusammengesetzte Einheiten

Zusammengesetzte Einheiten kommen hauptsĂ€chlich in naturwissenschaftlichen Disziplinen vor. In der Physik gibt es die Einheit "Newton", welche sich gemĂ€ĂŸ 1 N=1 kg⋅ms21\, \text{N}=1\, \dfrac{\text{kg}\cdot \text{m}}{\text{s}^2} zusammensetzt.

9 Übungen


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