Waagen

Waagen sind Messgeräte zur Bestimmung der Masse von Körpern. Es gibt sie in vielen unterschiedlichen Bauformen. Dabei werden verschiedene physikalische Gesetze und Zusammenhänge genutzt.

Balkenwaagen

Die einfachste Bauform einer Waage ist die Balkenwaage. Bei einer Balkenwaage (Laborwaage) wird die Masse eines Körpers direkt mit der Masse von Wägestücken verglichen. Eine Balkenwaage ist ein zweiseitiger Hebel mit zwei gleich langen Hebelarmen. Für einen solchen Hebel im Gleichgewicht gilt das Hebelgesetz:

$F_1\cdot l_1=F_2\cdot l_2$

$\text{Mit }{l}_1=l_2\text{ ist }{F}_{\text{1 }}=F_2\text{ und wegen }F~m\text{ auch }{m}_1=m_2.$

Um mit einer Balkenwaage die Masse eines Körpers zu bestimmen, benötigt man einen Wägesatz. Hinweise zum Aufbau eines solchen Wägesatzes sind unter dem Stichwort „Wägesatz“ zu finden.

Einschalenwaagen

Bei einer Einschalenwaage (Briefwaage, Schnellwaage) wird die Masse des zu wägenden Körpers mit einem fest eingebauten Massestück (Vergleichskörper) verglichen.

Auch hierbei wird das Hebelgesetz genutzt, denn je nach der Masse des zu wägenden Körpers ändert sich die Entfernung des Vergleichskörpers von der Drehachse (Bild 3). Die Waage ist so geeicht, dass die Masse direkt abgelesen werden kann. Einschalenwaagen gibt es auch in Form einfacher zweiseitiger Hebel mit einem Laufgewicht, das auf dem einen Hebelarm solange verschoben wird, bis die Waage im Gleichgewicht ist.

Dezimalwaagen

Bei einer Dezimalwaage wird die Masse des zu wägenden Körpers ähnlich wie bei einer Balkenwaage mit der Masse von Wägestücken verglichen. Bild 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer solchen Dezimalwaage. Das Besondere besteht bei einer Dezimalwaage darin, dass sich die Kraftarme wie 1:10 verhalten und damit im Gleichgewicht die Masse der Wägestücke 1/10 der Masse des Körpers beträgt, dessen Masse bestimmt werden soll. Daher kommt auch der Name Dezimalwaage (dezi = ein Zehntel).

Elektronische Waagen

Elektronische Waagen gibt es ebenfalls in sehr unterschiedlichen Bauformen. Genutzt werden bei ihnen unterschiedliche physikalische Zusammenhänge. Eine Möglichkeit besteht darin, Dehnungsmessstreifen zu nutzen. Dehnungsmessstreifen (DMS) sind Messwandler, bei denen die mechanische Verformung eines elektrischen Leiters eine Änderung des elektrischen Widerstandes verursacht, die gemessen werden kann.

Solche Dehnungsmessstreifen bestehen meist aus einem Widerstandsdraht oder einer Widerstandsfolie, die auf einen Träger aufgebracht sind (Bild 6).
Wird ein Dehnungsmessstreifen belastet, so verändert sich sein elektrischer Widerstand mit der Belastung. Bei konstanter Spannung ändert sich damit die Stromstärke. Das Gerät ist so skaliert, dass nicht die Stromstärke, sondern sofort die zugehörige Masse angezeigt wird. Das geschieht meist in digitaler Form, d. h. in Form von Zahlen, die man auf einem Display ablesen und z. B. bei Waagen in Kaufhallen auch sofort ausdrucken kann.