In de dagelijkse taal zijn massa en gewicht hetzelfde: een zak suiker weegt een kilo. In de metrologie zijn het twee verschillende grootheden, en kracht is de schakel ertussen. Wie dat verschil begrijpt, snapt ook waarom een weegschaal met gewichten wordt gekalibreerd, een krachtopnemer op een krachtbank, en waarom een kraanweger op beide manieren kan. Dit artikel legt de keten uit, van massa via wegen naar kracht.
Massa: hoeveel materie
Massa is de hoeveelheid materie van een voorwerp, uitgedrukt in kilogram (kg). Massa is een eigenschap van het voorwerp zelf en verandert niet met de plaats: een gewicht van 1 kg heeft in Geldermalsen, op de Mont Blanc en in een ruimtestation dezelfde massa. Daarom zijn gewichten, ondanks hun naam, massastandaarden: een gekalibreerd gewicht van 1 kg belichaamt een bekende massa, herleidbaar naar de nationale en internationale massastandaard. Wat precies wordt gekalibreerd is de conventionele massa; dat begrip leest u na in conventionele massa en luchtopwaartse kracht.
Gewicht: de kracht van de zwaartekracht
Natuurkundig is gewicht de kracht waarmee de aarde aan een massa trekt. Die kracht volgt uit de tweede wet van Newton: kracht is massa maal versnelling, hier de valversnelling g.
F = m × g
Kracht wordt uitgedrukt in newton (N). Een massa van 1 kg ondervindt op aarde een zwaartekracht van ongeveer 9,81 N; een massa van 100 kg ongeveer 981 N, bijna 1 kN. De valversnelling is niet overal gelijk. Op zeeniveau bij de evenaar is g ongeveer 9,78 m/s², bij de polen ongeveer 9,83 m/s². In Nederland ligt g rond 9,81 m/s² en verschilt van plaats tot plaats slechts in de orde van een honderdste procent, maar voor nauwkeurige weegschalen en voor wettelijk geijkte instrumenten is dat al relevant. In ons krachtlaboratorium rekenen wij met de lokale waarde g = 9,8129296 m/s².
Kracht meten: de loadcell
Een loadcell of krachtopnemer meet geen massa maar kracht. Onder belasting vervormt het meetlichaam een klein beetje, rekstrookjes zetten die vervorming om in een elektrisch signaal en de elektronica rekent dat om naar een getal. Of dat getal in newton of in kilogram wordt weergegeven, is alleen een kwestie van omrekenen met g. Een krachtopnemer in een pers, een dynamometer aan een kraan en de loadcell onder het plateau van een weegschaal doen in wezen hetzelfde: zij meten een kracht.
De weegschaal: van kracht terug naar massa
Een weegschaal is dus een krachtmeter die terugrekent naar massa. Zij meet de zwaartekracht op de last en deelt die, impliciet, door g. Dat gaat goed zolang g bekend is. Daarom wordt een weegschaal gekalibreerd met gekalibreerde gewichten op de plaats van gebruik: het gewicht brengt een bekende massa in, de lokale g zit automatisch in de meting, en de aanwijzing wordt rechtstreeks met de massa vergeleken. Verplaatst u een nauwkeurige weegschaal naar een andere plaats, dan verandert g en is een nieuwe kalibratie of justering nodig. Hoe die kalibratie verloopt, leest u bij weegschaal kalibreren.
De keten in één beeld
- Massa (kg): een gekalibreerd gewicht belichaamt een bekende massa.
- Zwaartekracht: de aarde trekt aan die massa met een kracht F = m × g.
- Kracht (N): een loadcell of krachtopnemer meet die kracht.
- Uitlezing: de elektronica toont de kracht in N of kN, of rekent met g terug naar een massa in kg of ton.
Elke schakel kan worden gekalibreerd: de massa van het gewicht in het massalaboratorium, de complete weegschaal met gewichten op locatie, en de krachtopnemer tegen een referentie-krachtopnemer op de krachtbank. Zie krachtopnemer of loadcell kalibreren.
Omrekenen: kN, kg en ton
Krachtmeetmiddelen in de hijstechniek tonen vaak kilogrammen of tonnen, terwijl een krachtbank in kilonewton werkt. De omrekening gaat met g. Met g = 9,81 m/s²:
| Kracht | Komt overeen met massa |
|---|---|
| 1 kN | ca. 102 kg |
| 10 kN | ca. 1.019 kg (ca. 1 ton) |
| 50 kN | ca. 5.097 kg (ca. 5,1 ton) |
| 100 kN | ca. 10.194 kg (ca. 10,2 ton) |
| 500 kN | ca. 50.968 kg (ca. 51 ton) |
| 4.000 kN | ca. 407.747 kg (ca. 408 ton) |
De exacte waarde hangt af van de gebruikte g; op een certificaat staat daarom altijd welke valversnelling is toegepast. Een kilogram-kracht (kgf) is de kracht van 1 kg onder de standaardvalversnelling 9,80665 m/s² en wordt nog gebruikt op oudere krachtmeters.
Kraanweger: gewichten of trekbank?
Een kraanweger laat zien hoe dicht wegen en krachtmeting bij elkaar liggen. Tot enkele tonnen wordt hij gekalibreerd door gekalibreerde gewichten eraan te hangen: massa in, aanwijzing in kg uit. Zwaardere kraanwegers hangen wij in de trekbank, waar een referentie-krachtopnemer de werkelijke trekkracht meet; die rekenen wij met de lokale g om naar de kg- of tonaanwijzing. Beide routes zijn herleidbaar, de ene naar de massastandaard, de andere naar de krachtstandaard. Lees meer bij kraanweger kalibreren.
Samengevat
Massa is een eigenschap van het voorwerp en wordt gemeten in kilogram. Gewicht is de zwaartekracht op die massa, een kracht in newton, afhankelijk van de lokale valversnelling. Een loadcell meet kracht; een weegschaal rekent die kracht terug naar massa. Daarom kalibreren wij gewichten in het massalaboratorium, weegschalen met gewichten op locatie en krachtmeetmiddelen op de trek- en drukbank. Drie disciplines, één metrologische keten.