Basiswissen

Als träge Masse bezeichnet man die Eigenschaft von Masse oder Materie, sich trotz von außen wirkender Kräfte mehr oder minder stark eine Veränderung der momentanen Bewegung zu widersetzen.^[1] Je mehr Kilogramm ein Körper hat, desto mehr träge Masse hat er auch.

Was ist an Masse träge?

Masse ist physikalisch darüber definiert, dass sie sich immer einer Änderung ihrer Geschwindigkeit widersetzt. Man braucht immer Kraft, um eine Masse, also etwas "mit Kilogramm" schneller oder langsamer zu machen oder seine Bewegungsrichtung zu ändern. Das heißt: alles, was sich mit einer Kraft einer Änderung seiner Bewegungszustandes widersetzt, muss Masse haben oder ist Masse. Diese Widerstandskraft ist die Trägheitskraft. Wegen der Trägheitskraft benötigt eine solche Geschwindigkeitsänderung auch immer Zeit. Die Masser verlangsamt die Wirkung an ihr angreifender Kräfte und macht sich damit selbst sozusagen "änderungsfaul" oder träge.

Träge Kugeln im Tischversuch

Man kann sich die Wirkung der trägen Masse sehr gut in einem einfachen Tischversuch vor Augen führen. Man nimmt dazu zwei möglichst ähnlich große Kugeln. Die eine Kugel sollte aber deutlich schwerer sein als die andere. Ideal sind zum Beispiel eine Kugel aus Holz und eine andere Kugel aus einem sehr dichten Metall wie Eisen, Messing oder sogar Blei.

Eine leichte, wenig träge Kugel aus Holz prallt mit hoher Geschwindigkeit auf eine ruhende, sehr träge Kugel aus Blei: man sieht in dem Film deutlich, wie die Holzkugel willig und schnell ihre ganze Richtung der Bewegung ändert, während die Kugel aus Blei beharrlich mehr oder minder an ihrer vorherigen Stelle ruhen bleibt.

Die Trägheit eines Körpers ist umso größer, je mehr Masse, das heißt je mehr Kilogramm er hat. Bei sehr trägen Körpern mit viel Masse, benötigt man auch viele Newton an Kraft, um sie zu einer Änderung ihres momentanen Zustandes zu bewegen. Siehe mehr dazu unter 👉 Trägheit

Abgrenzung zur relativitischen Masse

Spätestens im Jahr 1902, also schon vor Albert Einsteins Veröffentlichung seiner Relativitätstheorie im Jahr 1905, war aus Experimenten an sogenannten Kathodentrahlröher bekannt geworden, dass schnelle Elektronen an träger Masse zunehmen, wenn sie schneller werden. Heute wird die Frage kontrovers behandelt, ob wirklich die träge Masse schneller Körper wächst oder nicht. Die Idee einer mit der Geschwindigkeit wachsenden Masse wird ausführlich behandelt im Artikel über die 👉 relativistische Masse

Haben Lichtteilchen eine Trägheit?

Nach Einsteins berühmter Formel E=mc² und der quantenphysikalischen Formel für die Energie einer Photons E=hf kann man folgern, dass ein Photon zumindest etwas äquivalentes zur Masse besitzt. Setzt man nämlich die zwei Formeln gleich, so erhält man mc²=hf. Das f steht für die Frequenz eines Photons und entsprechend wäre das m seine Masse. Inwiefern man das formale m als eine echte Masse deuten kann ist umstritten. Es ist jedoch ganz sicher keine sogenannte Ruhemasse. Und nur die Ruhemasse steht für die Trägheit: ein Photon kann nicht durch äußere Kräfte in der Richtung seiner Bewegung verändert werden. Aber etwa bei einer Reflexion kann es sozusagen instantan ohne Zeitverzug die Richtung seiner Bewegung ändern. Damit kann man sagen, dass ein Photon keine träge Masse besitzt.^[3] Siehe auch unter 👉 Photonenmasse

Fußnoten

[1] "Je größer die Masse eines Körpers ist, umso größer − und erfolgreicher − ist auch dessen Widerstand gegen jede Änderung des Bewegungszustands. " Und: "Die Masse in ihrer Eigenschaft, die Stärke des Widerstands gegen Bewegungsänderungen (genauer: Geschwindigkeitsänderungen) zu messen, wird auch träge Masse genannt." In: Franz Embacher: Spezielle Relativitätstheorie: Argumentationen zur Herleitung der wichtigsten Aussagen, Effekte und Strukturen. Dort das Kapitel "Das Kreuz mit dem Inertialsystem". Internetseite der Universität Wien. Stand 27. November 2024. Siehe auch 👉 Trägheitsgesetz

[2] "Die träge Masse ist ein Maß für dessen Trägheit gegenüber einer Änderung seines Bewegungszustandes, die schwere Masse ein Maß für seine Schwere im Gravitationsfeld anderer Körper." In: der Artikel "Masse". Spektrum Lexikon der Physik. 6 Bände. Greulich, Walter (Hrsg.) Spektrum Akademischer Verlag. Heidelberg, Berlin. 1998-2000.

[3] „Since the photon is massless (m₀ = 0), it carries no inertia; its speed c cannot be altered by any finite force, though its direction may change instantaneously at a reflecting surface.“In: John David Jackson. Classical Electrodynamics, 3rd ed., John Wiley & Sons, New York 1998. Kapitel 11 „Relativistic Dynamics of a Charged Particle“, Abschnitt 11.10, S. 523. Siehe auch 👉 Photonenmasse

[4] Dass schnelle Elektronen mehr träge Masse zu haben scheinen als langsame Elektronen, war spätestes schon 1902 aus experimentllen Befunden bekannt: "Wer in den Kathoden- und Becquerelstrahlen Schwärme bewegter Elektronen sieht, muss für deren Bewegungen das erste Newtonsche Axiom als gültig ansehen. Solange nämlich keine äussere Kraft einwirkt, erfolgt die Bewegung geradlinig und mit konstanter Geschwindigkeit. Auch das zweite Axiom Newtons hat man experimentell bestätigt gefunden in dem Sinne, dass bei Steigerung der ablenkenden oder beschleunigenden äusseren Kraft der Betrag der transversalen oder longitudinalen Beschleunigung in demselben Verhältnis ansteigt, wie die Kraft; man durfte daher dem Elektron eine träge Masse zuschreiben, eine Masse, die nach Kaufmann mit wachsender Geschwindigkeit zunimmt." In: Max Abraham: Prinzipien der Dynamik des Elektrons. Physikalische Zeitschrift 4 (1b), S. 57–63. Leipzig. 1902. Online: https://de.wikisource.org/wiki/Prinzipien_der_Dynamik_des_Elektrons_(1902)