Im Kapitel über Energie und ihre Erhaltung in isolierten Systemen haben wir die Arbeit als Produkt aus Kraft mal Weg kennengelernt. Indem an einem Körper Arbeit verrichtet wird, wird seine Energie verändert. Eine ähnliche Überlegung zur Dauer einer Kraftwirkung führt zum Begriff Impuls und dem Erhaltungssatz des Gesamtimpulses in isolierten Systemen. 1.1 Kraftstoß und Impuls Stell dir vor, du möchtest mit deinem Fahrrad aus dem Stand eine bestimmte Geschwindigkeit erreichen. Du kannst es gemütlich angehen oder energisch vom Start weg sprinten. Erfahrungsgemäß erfordert das Sprinten mehr Kraft, aber du erreichst die gewünschte Geschwindigkeit in kürzerer Zeit. (s. a. Abb. 12.2) Offensichtlich kommt es auf das Produkt aus Kraft → F und Dauer ∆ t der Einwirkung an, um dieselbe Geschwindigkeitsänderung zu erreichen. Das Produkt heißt Kraftstoß. Seine Bedeutung ergibt sich aus dem 2. Newton’schen Gesetz → F = m· → a und der Definition der Beschleunigung → a = ∆ → v / ∆ t: Kraftstoß → F ·∆ t = m· → a ·∆ t = m· ∆ → v _ ∆ t ·∆ t = m·∆ → v Ein Kraftstoß auf einen Körper (Masse m) ändert dessen Geschwindigkeit. Die Beziehung → F ·∆ t = m·∆ → v legt nahe einen neuen Begriff, den Impuls → p = m· → v , einzuführen. Ein Kraftstoß bewirkt eine Impulsänderung des Körpers ∆→ p = m·∆ → v . Impuls = Masse·Geschwindigkeit → p = m· → v Einheit: Newtonsekunde (N·s) 1 N·s = 1 kg·m·s −1 Untersuche, überlege, forsche: Ballspiel 12.1 E2 Bei einem „Blasball-Turnier“ soll ein Tischtennisball durch Anblasen mit einem Strohhalm ins Tor befördert werden. Untersuche, wie sich der rollende Ball verhält, wenn er quer zur Bewegung angeblasen wird. Ist kurzes heftiges Pusten wirkungsvoller als langes sachtes Blasen? Überlege zuerst und überprüfe deine Überlegungen anschließend durch ein kleines Experiment. 12.1 Start einer Ariane 5-Rakete vom Weltraumbahnhof Kourou der European Space Agency (ESA). Kourou liegt knapp nördlich des Äquators in Französisch Guyana (nördl. Südamerika). Wie funktionieren Raketen? Welchen Vorteil hat der Startplatz? 12.2 Beim Abstoßen vom Startblock bei einem Kurzstreckenlauf kommt es auf die Dauer der Kraftausübung und die Größe der Kraft an, um rasch eine hohe Geschwindigkeit zu erreichen. 12.3 Impuls ist Masse mal Geschwindigkeit v m 12.4 „Blasball-Turnier“ 12 Mechanik II 1 Impuls In diesem Kapitel erfährst du, – was Impuls bedeutet, – wie durch Krafteinwirkung der Impuls verändert wird, – dass der Gesamtimpuls eine Erhaltungsgröße ist, – wie man Stöße mit Impuls- und Energiebilanzen berechnen kann, – wie wichtig das Rückstoßprinzip nicht nur für Raketen ist. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
RkJQdWJsaXNoZXIy MjU2NDQ5MQ==