Big Bang Physik 6, Schulbuch

G 6.1: Mechanik/RG 6.1: Mechanik 2  9 Impuls  16  Um einen Gegenstand zu beschleunigen, braucht man eine Kraft (siehe Kap. 7.3, „Big Bang 5“). Weil sich dabei der Impuls ändert, kann man sagen: Zur Impulsänderung braucht man eine Kraft. Die Verbindung zwischen Impuls- änderung und Kraft ist die Zeit! F13 ist nicht zu beantwor- ten. Nur wenn man die Zeitdauer des Stoßvorganges kennt (oder den „Bremsweg“), kann man die Kraft berechnen (siehe Lösungsteil). Das Produkt von Kraft mal Zeit nennt man den Kraftstoß und es ist identisch mit der Impulsände- rung des Objekts. Kraft kann man auch als Impulsänderung innerhalb einer bestimmten Zeitspanne auffassen. Formel: Kraft und Kraftstoß F = m a = m  ​  Δ v  ___  Δ t ​ = ​ Δ p ___  Δ t ​ Kraftstoß = F Δ t = Δ p = m Δ v Δ p … Impulsänderung [Δ p ] = [ F · t ] = Ns = kgm/s m …Masse [ m ] = kg a … Beschleunigung [ a ] = m/s 2 Δ v … Geschwindigkeitsänderung [Δ v ] = m/s Bei einer Rakete spricht man von der Schubkraft. Sie ist eine Folge des Impulserhaltungssatzes. Zu Beginn steht die Rakete still da, der Impuls ist null. Beim Start strömt das Gas in die eine Richtung, und die Rakete muss sich daher in die andere Richtung bewegen. Impulserhaltung eben! Was für eine Schubkraft erzeugt zum Beispiel die Saturn V beim Start (siehe Abb. 7.14, „Big Bang 5“)? Dazu muss man nur wissen, dass pro Sekunde sagenhafte 14 Tonnen Treib- stoff verbrannt werden und die Verbrennungsgase mit 2500m/s durch die Düsen ausströmen. Die Impulsänderung pro Sekunde ist also etwa 35 · 10 6  N. Wow! Die Schubkraft beträgt 35 Millionen Newton (siehe auch Kap. 7.3, „Big Bang 5“)! Diese Rückstoßtechnik ist übrigens ein sehr alter Hut. Tin- tenfische bewegen sich schon seit 500 Millionen Jahren so fort, indem sie durch Zusammenziehen des Körpers Wasser mit hoher Geschwindigkeit nach hinten ausstoßen ( F15 ). Auch wenn du schwimmst, nutzt du diese Technik. Du drückst dabei das Wasser mit Armen und Beinen nach hinten und erzeugst somit einen Kraftstoß nach vorne.  Info: Kraftstoß beim Strecksprung | -> Seite 10  Info: Sotomayor | -> Seite 10 F Abb. 16.19:  500 Millionen Jahre alte Technik Durch das Anspannen sinkt die Fußgeschwindigkeit kurz vor dem Stoß etwas ab, die Ballgeschwindigkeit wird dadurch aber erhöht. Wäre das Bein leichter als der Fußball, dann würde es sich nach dem Stoß wieder in die Gegenrichtung bewegen. Zusammenfassung Wie viel Geschwindigkeit bei einem elastischen Stoß auf das zweite Objekte übertragen wird, hängt vom Massenver- hältnis ab. Ist die Masse des ersten Objekts größer, dann ist v 2 ’ sogar größer als v 1 . 16.4 Verdammt alte Technologie Der Kraftstoß Oft ist es interessant, die Kräfte zu kennen, die bei einer Impulsänderung auftreten. Die Verbindung zwischen Kraft und Impulsänderung ist die Zeit. Münzencrash Du kannst die Angaben in Tab. 16.1 qualitativ mit Hilfe von Münzen überprüfen. Schieße dazu eine Münze zentral auf eine ruhende. Bei zwei gleich schweren Münzen bleibt die erste stehen und die zweite über- nimmt die Geschwindigkeit. Überprüfe auch die Angaben aus der Tabelle, wenn die Münzen unterschiedlich schwer sind. Weil die Reibung hier eine recht große Rolle spielt, sollten die Massen der beiden Münzen deutlich unter- schiedlich sein. Nimm etwa 1 Cent (2,3g) und 2 Euro (8,5g). e Abb. 16.17:  Münzen-Crash Z Eine Masse von 1 kg fällt aus 1m auf den Boden. Welche Kraft entsteht beim Aufprall? L Ein Schwarm voller Fliegen befindet sich in einem verschlossenen Glas auf einer Waage. Verändert sich das Gewicht, wenn die Fliegen am Boden sitzen bzw. herumfliegen? L Wie alt – denkst du – ist die Rückstoßtechnik, mit der etwa der Raketenantrieb funktioniert? Wer hat sie „erfunden“? F13 W1  Abb. 16.18 F14 E2  F15 S2  N r zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv