Naturkonstanten

Einige physikalische Größen in der Natur haben einen bestimmten, festen Wert, der im Laufe der Zeit immer genauer bestimmt worden ist. Man nennt solche physikalischen Größen Naturkonstanten. Typische Beispiele für solche Naturkonstanten sind die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum als die größtmögliche in der Natur auftretende Geschwindigkeit, der absolute Nullpunkt der Temperatur als die tiefstmögliche Temperatur oder die Fallbeschleunigung, die angibt, welche Beschleunigung ein Körper im Gravitationsfeld beim Fall im luftleeren Raum hat.

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Weitere Naturkonstanten sind z. B. die Gravitationskonstante, das plancksche Wirkungsquantum oder die Ladung und die Masse eines Elektrons.

Die möglichst genaue Bestimmung von Naturkonstanten ist meist mit aufwändigen Messungen verbunden. Verantwortlich für diese Arbeiten sind zumeist spezielle nationale Einrichtungen, in der Bundesrepublik Deutschland die Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig und Berlin. Dabei erfolgen natürlich auch internationale Abstimmungen, die für Naturkonstanten im Rahmen der CODATA (Committee on Data for Science and Technology) vorgenommen werden. Die von CODATA veröffentlichten Daten gelten als international verbindlich. Sie können auch im Internet unter www.codata.org/ abgerufen werden.

Die in der Übersicht (Bilder 1 und 2) angegebenen Naturkonstanten stützen sich auf die Angaben von CODATA von 1998. Das ist die aktuellste existierende Variante.

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Naturkonstanten." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/naturkonstanten (Abgerufen: 19. May 2025, 23:31 UTC)

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Die Lichtgeschwindigkeit und ihre Bestimmung

Das Licht breitet sich im Vakuum in allen Richtungen und unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit der Lichtquelle oder des Lichtempfängers mit einer Geschwindigkeit von 299.792,458 km/s aus. Das ist zugleich die größte Geschwindigkeit, mit der sich Informationen ausbreiten können. Die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist eine grundlegende Naturkonstante. Sie wird heute auch genutzt, um die Einheit 1 m zu definieren, die eine Basiseinheit des Internationalen Einheitensystems ist. In Luft breitet sich Licht näherungsweise mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit aus, in anderen Stoffen ist die Lichtgeschwindigkeit kleiner.

Masse von Körpern

Man unterscheidet grundsätzlich zwischen der trägen und der schweren Masse. Die träge Masse ist ein Maß dafür, wie sehr sich ein Körper einer Bewegungsänderung widersetzt, die schwere Masse gibt an, wie schwer oder leicht ein Körper ist. Experimentell kann die Äquivalenz der schweren und trägen Masse nachgewiesen werden.
In der klassischen Mechanik ist die Masse eine Erhaltungsgröße und somit unabhängig vom Ort und Bewegungszustand des Körpers. In der relativistischen Mechanik ist sie jedoch eine Funktion der Geschwindigkeit und nimmt mit dieser zu. Man spricht von der relativistischen Massezunahme.
Zur experimentellen Bestimmung der Masse benutzt man Waagen, die es in den unterschiedlichsten Bauarten gibt und die auf verschiedenen physikalischen Gesetzten beruhen.

Teilchenanzahl und Stoffmenge

Jeder Körper besteht aus einem oder mehreren Stoffen, jeder Stoff aus Teilchen. Das können Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen oder andere Teilchen sein. Liegt eine bestimmte Stoffportion vor, so kann sie in zweierlei Weise charakterisiert werden:

Eine Stoffportion kann durch die Anzahl der Teilchen gekennzeichnet werden, aus denen sie besteht. Die betreffende physikalische Größe wird als Teilchenanzahl bezeichnet.
Eine Stoffportion kann durch die physikalische Größe Stoffmenge gekennzeichnet werden. Die in Mol gemessene Stoffmenge gibt an, das Wievielfache einer bestimmten Teilchenanzahl in einer Stoffportion verliegt.

Zeit und Zeitmessung

Die Zeit gibt an, wie groß die Dauer zwischen zwei Ereignissen ist.
Formelzeichen: t
Einheit: eine Sekunde (1 s)
Statt von Zeit spricht man manchmal auch von Zeitdauer oder von Zeitintervall. Gemeint ist damit immer die Dauer zwischen zwei Ereignissen, also eine Zeit. Davon zu unterscheiden ist der Zeitpunkt, unter dem ein bestimmter Moment verstanden wird.
Schon im Altertum wurde mithilfe von Sonnenuhren die Zeit gemessen. Viele Jahrhunderte lang wurden Wasser- und Sanduhren als Zeitmesser genutzt. Entscheidende Fortschritte wurden im 16. Und 17. Jahrhundert mit der Konstruktion der ersten mechanischen Uhren (Nürnberger Ei von PETER HENLEIN) und der Nutzung von Pendelschwingungen für Uhren (HUYGENS, HOOKE) erzielt. 1929 wurde die erste Quarzuhr gebaut, 1948 die erste Atomuhr. Bei diesen Uhren tritt in 200.000 Jahren eine Abweichung von weniger als einer Sekunde auf.

Einheiten physikalischer Größen

Jede physikalische Größe wird in einer bestimmten Einheit gemessen, z.B. die Länge in Meter oder die Zeit in Sekunden oder Minuten. Die Einheit für eine physikalische Größe ergibt sich zumeist aus der Definition dieser Größe. Allgemein ist eine Einheit eine Vergleichsgröße mit dem Zahlenwert 1 und der Maßeinheit der Größe.
Messen einer Größe bedeutet Vergleichen mit der betreffenden Einheit. Wenn z.B. die Länge eines Körpers gemessen werden soll, so wird sie mit der Einheit 1 cm verglichen und z. B. festgestellt, dass sie das Siebenfache beträgt. Das bedeutet:

$\begin{array}{l} l = 7 \cdot 1 cm oder, wie man kürzer schreibt: \\ l = 7 cm \end{array}$

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