2.4. Impuls
2.4.1. Kraftstoß, Impuls
Wenn zwei Körper zusammenstoßen üben sie für eine kurze Zeit eine Kraft aufeinander aus. Die Kraft ruft eine Beschleunigung,
also eine Geschwindigkeitsänderung hervor. Es findet eine Energie-Übertragung statt.
1. Wenn auf einen Körper der Masse m eine konstante Kraft F für eine Zeit t einwirkt, dann ändert sich sich seine Geschwindigkeit:
Die Geschwindigkeitsänderung ist also proportional zu F und t. Das Produkt
nennt man den
Impuls des Körpers.
Wenn die Kraft während der Einwirkdauer nicht konstant ist, dann ändert sich der Impuls gemäß
Die Größe

nennt man einen
Kraftstoß .
Der Impuls hat die Einheit

.
Da der Impuls ein Produkt aus der skalaren Größe "Masse" und der Vektorgröße "Geschwindigkeit" ist, ist er selbst
auch ein Vektor, der in die gleiche Richtung wie die Geschwindigkeit zeigt:

.
2.4.2. Impulserhaltung
Beispiel:
Zwei durch Federn aneinander gedrückte Wagen werden losgelassen (s. Skizze). Die Federkraft übt auf Wagen 1 (Masse

)die Kraft

aus,
auf Wagen 2 (Masse

) die Kraft

(actio = reactio).
Die Beschleunigungen sind

und
Die Geschwindigkeiten nach Ende des Kraftstoßes sind
und
also ist
oder
Dies hat auch schon vor dem Kraftstoß gegolten. Die Summer der Impuls, der
Gesamtimpuls hat sich also nicht geändert!
Dieses Gesetz gilt ganz allgemein:
Impulserhaltungssatz: In einem abgeschlossenen System ist der Gesamtimpuls konstant
Versuche (Münzen, Wagen)
2.4.3. Stöße
zentral - exzentrisch
Skizze
elastisch - unelastisch
Wir kennen jetzt zwei fundamentale Erhaltungsätze, den Energiesatz und den Impulssatz. In einem abgeschlossenen System müssen
beide erfüllt sein.
Der Impulssatz bezieht sich ausschließlich auf die Bewegung (p = mv). Die Energie kann auch erhalten sein, in dem z.B. kinetische in potenzielle
Energie oder Reibungsenergie (Wärme) umgewandelt wird.
Man unterscheidet je nachdem, was mit der Energie passiert zwei Sorten von Stößen:
Elastischer Stoß: Impuls und kinetische Energie bleiben erhalten.
Beispiel: Stöße von Stahlkugeln, Gummibälle, Autoscooter, ...
Inelastischer Stoß: Impuls bleibt erhalten - kinetische Energie wird umgewandelt
Beispiel: Stöße von Knetbällen, Bleikugeln, Sandsäcken, Autos, ... (immer wenn sich die beim Stoß auftretende Verformung nicht komplett zurückbildet.
Versuche: Stoßpendel
Impuls von n Kugeln:
Kinetische Energie von n Kugeln:
Nur wenn sich vorher und nachher gleichviele Kugeln bewegen, kann Energie- und Impulssatz gleichzeitig erfüllt werden.
Wenn z.B. 2 Kugeln einlaufen und 1 Kugel ausläuft gilt
vorher:
um den Impulssatz zu erfüllen muss nachher gelten

(für eine Kugel der Masse m bedeutet das aber, die Geschwindigkeit
der Kugel $2v$ sein muss. Ihre kinetische Energie wäre dann

, während die kinetische Energie
vorher

war.
Versuch "Rakete"
-- Main.deschPHYSIK.UNI-FREIBURG.DE - 12 May 2006
- zentral.JPG: