Big Bang Physik 6, Schulbuch

f4gg7q 4  G 6.1: Mechanik/RG 6.1: Mechanik 2 Impuls 16  In diesem Kapitel geht es um den Impuls . Ähnlich wie die kinetische Energie ist er eine Bewegungsgröße, aber natürlich gibt es Unterschiede. Gemeinsam mit dem Energieerhaltungssatz ist der Impulserhaltungssatz ein sehr mächtiges Instrument, mit dem man viele Probleme der Mechanik lösen kann, etwa erklären was passiert, wenn Gegenstände zusammenprallen. 16.1 Feuerwerk im Weltall Der Impulserhaltungssatz In diesem Abschnitt geht es um die Definition des Impulses. Außerdem geht es darum, dass der Gesamtimpuls in einem abgeschlossenen System immer gleich groß ist. Die Rakete zerreißt es zwar in tausend Stücke, aber trotz- dem bewegt sich der Gesamtschwerpunkt mit gleicher Geschwindigkeit weiter ( F1 ). Auf die einzelnen Teile wirkt keine Kraft von außen , und deshalb kann sich auch die Geschwindigkeit nicht ändern (siehe Kap. 7.2, „Big Bang 5“). Bei F2 ist es ganz ähnlich. Weil auch hier keine Kräfte von außen wirken, muss der Gesamtschwerpunkt in Ruhe bleiben (siehe Kap. 7.5, „Big Bang 5“). Wenn dein Freund doppelt so schwer ist wie du, dann bewegt er sich durch das Abdrücken halb so schnell weg. Warum? Nur dann bleibt der Gesamtschwerpunkt in Ruhe (Abb. 16.3). Wie schnell sich jeder von euch wegbewegt, hängt also von der Masse ab. Bei doppelter Masse bewegt man sich halb so schnell. Das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit ist in beiden Fällen gleich groß und entgegengesetzt gerichtet. Das Produkt von Masse und Geschwindigkeit ist der Impuls! Formel: Impuls p = m · v p … Impuls [ p ] = kg · m/s m …Masse [ m ] = kg v … Geschwindigkeit [ v ] = m/s Neujahr im Weltall! Fliegt der Gesamtschwerpunkt der Rakete nach der Explosion weiter (b) oder nicht (a)? Du drückst dich am Eis von deinem doppelt so schweren Freund ab. Wie schnell bewegt ihr euch relativ zueinander? Und kannst du das begründen? F1 W1  Abb. 16.1 Abb. 16.2 F2 W2  F Im Gegensatz zur kinetischen Energie ist der Impuls ein Vektor. Die (vektorielle) Summe der Impulse in einem abgeschlossenen System bleibt immer erhalten (Impul- serhaltungssatz). Mathematisch formuliert bedeutet das: p 1 + p 2 + p 3 + … + p n = konstant. In F2 ist vor dem Abdrücken der Gesamtimpuls null. Es bewegt sich ja nichts. Nach dem Abdrücken gilt: 2m · ½ v + m · (– v ) = 0. Die Summe der Impulse ist null, also gleich geblieben. An diesem Beispiel sieht man etwas sehr Wichtiges: Ein Objekt alleine kann seine Geschwindigkeit nicht ändern (siehe Abb. 7.42, Kap. 7.5 in „Big Bang 5“). Es ist unmöglich, dass du dich von deinem Freund abdrückst und der in Ruhe bleibt! Warum? Weil sich dann plötzlich der Gesamtschwer- punkt nach rechts bewegen würde, und das verbietet der Trägheitssatz . Abb. 16.3:  Wenn dein Freund doppelt so schwer ist, bewegt er sich halb so schnell weg. Wenn du in die Höhe springst und wieder landest, dann hast offensichtlich nur du deine Geschwindigkeit verändert. Wie ist das mit dem Impulserhaltungssatz zu vereinbaren? Und wie ist das, wenn ein Teller auf den Boden fällt? Woher kommt der vertikale Impuls beim Fallen des Tellers und wohin verschwindet er wieder? Woher kommt der Impuls der auseinanderflie- genden Teile? L F3 E2  Abb. 16.4:  Wie lässt sich das Fallen des Tellers mit dem Impuls­ erhaltungssatz vereinbaren? F4 E2  Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv