Omrekenen van massa-eenheden

Wat is massa?

Massa is de natuurkundige grootheid die gerelateerd is aan de weerstand die een object biedt tegen verandering van zijn bewegingstoestand, oftewel traagheid. In de klassieke mechanica wordt de relatie tussen de netto kracht die op een object wordt uitgeoefend en de geproduceerde versnelling uitgedrukt met de gelijkheid F = m·a.

Bij toepassing van dezelfde kracht krijgt een object met een grotere massa een kleinere versnelling. Daarom drukt massa in alledaagse zin niet alleen de hoeveelheid materie in een object uit, maar speelt het ook een fundamentele rol in de bewegingsvergelijkingen.

Massa is een scalaire grootheid. Ze heeft geen richting en het basisdimensiesymbool in het SI-stelsel is de letter M.

Het verschil tussen massa en gewicht

Massa en gewicht zijn niet dezelfde natuurkundige grootheid. Massa is een eigenschap van het object en wordt uitgedrukt in kilogram. Gewicht daarentegen is de kracht die het object ondervindt in een zwaartekrachtveld en wordt gemeten in newton.

De vereenvoudigde gewichtsrelatie wordt geschreven als W = m·g, waarbij W de gewichtskracht voorstelt, m de massa en g de lokale zwaartekrachtversnelling.

De massa van een object blijft ongeveer gelijk op de aarde en de maan; het gewicht varieert echter omdat de lokale zwaartekrachtversnelling verschilt. Daarom is het kilogram in wetenschappelijk gebruik een massa-eenheid en geen gewichtseenheid.

In het dagelijks taalgebruik worden de woorden 'gewicht' en 'massa' vaak door elkaar gebruikt, omdat het resultaat van iets wegen wordt uitgedrukt in kilogram. Het meetinstrument registreert in werkelijkheid het effect van een kracht, maar is gekalibreerd om het resultaat in massa-eenheden weer te geven.

Waarom is het kilogram de SI-basiseenheid voor massa?

In het Internationale Eenhedenstelsel is het kilogram de basiseenheid van massa. Van de SI-basiseenheden is het kilogram de enige waarvan de naam een voorvoegsel bevat.

Het woord gram speelde historisch gezien een belangrijke rol in de vroegste massadefinities van het metrieke stelsel. Maar met de opkomst van praktische standaarden werd het kilogram de fundamentele referentie.

Tegenwoordig wordt het kilogram niet meer gedefinieerd door de massa van een fysieke metalen cilinder, maar op basis van de vastgestelde numerieke waarde van de constante van Planck. De relatie van deze definitie met de kibbleweegschaal en elektrische metingen wordt in detail besproken op de informatiepagina over het kilogram.

De metrieke massa-eenheden

De metrieke massa-eenheden zijn opgebouwd uit het kilogram, het gram en de SI-voorvoegsels die daaraan worden toegevoegd. Een gram komt overeen met 0,001 kilogram, een milligram met 0,001 gram en een microgram met 0,001 milligram.

Voor grote massa's wordt de ton gebruikt. Een metrische ton komt exact overeen met 1000 kilogram. Het symbool van de ton, waarvan het gebruik naast het SI is toegestaan, is de kleine letter t.

De juiste eenheid wordt gekozen op basis van de grootte van de gemeten massa. De massa van een persoon of product kan worden uitgedrukt in kilogram, de inhoud van een voedingsmiddel in gram, de werkzame stof van een medicijn in milligram of microgram, en de lading van een voertuig in ton.

De relatie tussen pond, ounce en kilogram

Het pond en de ounce zijn massa-eenheden die worden gebruikt in de traditionele Britse en Amerikaanse maatsystemen. Het internationale avoirdupois-pond komt exact overeen met 0,45359237 kilogram.

Een avoirdupois-pond is onderverdeeld in 16 ounces. Daarom komt een ounce exact overeen met 0,028349523125 kilogram, of 28,349523125 gram.

Het pond dat voor massa wordt gebruikt en het pound-force, een krachteenheid, zijn verschillende grootheden. Het pond drukt een massa uit, en het pound-force een kracht. In technische berekeningen mogen de symbolen lb en lbf niet worden verward.

Hoe wordt massa gemeten?

Voor het meten van massa kunnen balansweegschalen, elektronische weegschalen, analytische balansen, loadcellen en verschillende industriele weegsystemen met uiteenlopende capaciteiten worden gebruikt.

Vergelijkende weegschalen vergelijken de onbekende massa met traceerbare referentiemassa's. Bij elektronische weegschalen zetten loadcellen de uitgeoefende kracht om in een elektrisch signaal.

Bij zeer nauwkeurige metingen kunnen factoren zoals luchtopwaartse druk, lokale zwaartekrachtversnelling, temperatuur, vochtigheid, trillingen, elektrostatische effecten en de dichtheid van de referentiemassa in aanmerking worden genomen.

De koppeling van massareferenties aan nationale en internationale meetsystemen wordt metrologische traceerbaarheid genoemd. De kalibratieketen maakt het mogelijk metingen die in verschillende laboratoria en bedrijven zijn uitgevoerd, te vergelijken.

De relatie tussen dichtheid, volume en massa

Tussen massa, dichtheid en volume bestaat de relatie m = ρ·V. Hierbij stelt m de massa voor, ρ de dichtheid en V het volume.

Bij hetzelfde volume kan de massa van twee verschillende materialen verschillen op basis van hun dichtheid. Staal en water hebben bijvoorbeeld bij hetzelfde volume niet dezelfde massa.

In het SI-stelsel is de afgeleide basiseenheid van dichtheid het kilogram per kubieke meter. In laboratoriumtoepassingen worden ook regelmatig eenheden zoals gram per kubieke centimeter of gram per milliliter gebruikt.

Onzekerheid bij massameting

Elke echte meting brengt een zekere onzekerheid met zich mee. Het feit dat een weegschaal veel cijfers op het scherm toont, betekent niet dat al die cijfers met dezelfde nauwkeurigheid bekend zijn.

De resolutie van het instrument, de herhaalbaarheid, de niet-lineariteit, de kalibratiestandaard, omgevingsomstandigheden en de methode van de gebruiker kunnen allemaal bijdragen aan de onzekerheid van de massameting.

Bij wetenschappelijk en industrieel werk moet het meetresultaat worden beoordeeld samen met de juiste eenheid, het aantal significante cijfers en informatie over de onzekerheid.

Hoe kies je de juiste massa-eenheid?

Een eenheid kiezen die past bij de grootte van het gemeten object maakt het resultaat leesbaarder. De massa van een persoon kan worden uitgedrukt in kilogram, de werkzame stof van een tablet in milligram, en de lading van een vrachtwagen in ton.

Voor zeer kleine massa's kunnen eenheden met SI-voorvoegsels zoals microgram, nanogram en picogram worden gebruikt. Op atomaire en moleculaire schaal kunnen specifieke eenheden zoals de unified atomic mass unit praktischer zijn.

Bij het uitvoeren van een eenheidsomrekening moet niet alleen de numerieke waarde worden gecontroleerd, maar ook of de gebruikte eenheid massa of kracht uitdrukt.