Der Impuls als Bewegungsmenge: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 12. Mai 2019, 07:12 Uhr

(Physik Sekundarstufe I > Kraft und Bewegung ("Dynamik"))

Beispiele

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  Eine Luftgewehrkugel

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  kann dieses Brettchen umstoßen!

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  Diese Bälle...

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  ...können das auch.

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  Wie funktioniert dieser "Fußball"?

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  Wie bewegt sich ein "angeschubster" Einkaufswagen?

• Verschiedene Bälle, am besten gleich groß aber mit unterschiedlichen Massen, fangen und werfen. (Oder "Kegeln", denn dabei spielt die Gewichtskraft keine Rolle. Oder "Dosenwerfen" mit verschiedenen Bällen.)
• Ein sich schnell drehendes Fahrrad-Rad kann man nicht so ohne weiteres anschubsen, abbremsen oder kippen. Es "wehrt sich".
• Beispiel mit reibungsarmen Einkaufswagen: Der Wagen bewegt sich geradlinig und behält seine Geschwindigkeit bei. Auch die Drehung des Wagen ändert sich nicht.

Weitere Beispiele sind der Luftkissenpuck (Fußball), ein Mensch auf einem Bürodrehstuhl oder Experimente am Luftkissentisch oder -bahn.

Definition des (Dreh-) Impulses

Die Bewegungsmenge eines Einkaufswagens.

• Ein Ball enthält viel "Bewegung", wenn er schnell ist und er eine große Masse hat. Die physikalische Größe, welche die Bewegungsmenge angibt heißt "Impuls".
  Man legt den Impuls daher als Produkt der beiden Größen fest: [math]p = m \, v[/math]
  Die Einheit des Impulses ist deshalb ein Kilogramm mal Meter pro Sekunde, oder kürzer ein "Huygens"^[1]: [math]1 \,\rm Hy = 1\,\rm kg \cdot \rm \frac{m}{s}[/math]
  
• Umgangssprachlich versteht man unter "Impuls" etwas anderes als in der Physik!
  • Eine Anregung, ein Anreiz, ein Ansporn: "Der Telefonanruf ihrer Freundin war der entscheidende Impuls doch noch für die Arbeit zu lernen." ; "Der Comic ist ein guter Impuls für eine Diskussion."
  • Etwas plötzliches, kurzzeitiges: "Manchmal handelt er sehr impulsiv ohne nachzudenken."

Impuls- und Geschwindigkeitsvektor sind parallel, die Masse ist der Proportionalitätsfaktor: [math]\vec p = m \vec v[/math] [math][\vec p\,] = \mathrm{1kg \frac{1m}{1s} = 1Hy}[/math] (lies: Huygens)

Das Wasserbehältermodell

Mit Hilfe der Regler kann man die Masse und die Geschwindigkeit des Autos verändern. (Die Massen- und Geschwindigkeitsangaben sind in kg und in m/s und deshalb etwas ;) unrealistisch.)

• Mit welcher Masse und welcher Geschwindigkeit enthält das Auto einen Impuls von 10 Hy?

Trägheitsgesetz (1. Newtonsches Axiom)

Mit Hilfe des Impulses kann man das Trägheitsgesetz genauer fassen:

Veränderungsgesetz (2. Newtonsches Axiom)

Eine Veränderung der Bewegungsmenge durch eine Kraft. Der Impuls des Wagens nimmt ab.

Aufgaben

1) Berechne jeweils die Impulsmenge

a) Ein Vogel mit der Masse 100 g fliegt mit 36 km/h.

b) Ein Fußgänger (m=72 kg) läuft mit 5 km/h.

c) Ein Auto (m=1 t) fährt mit 36 km/h.

2) Anke und ihr Papa fahren zusammen Rad.

Anke wiegt 40 kg, ihr Vater 90 kg, jedes ihrer Räder 10kg. Sie fahren mit 18 km/h nebeneinander.

a) Wieviel Impuls steckt in Anna, in ihrem Vater und wieviel in den beiden Rädern?

Stelle dies mit dem Wasserbehältermodell dar.

b) Wie schnell muss Anke fahren, um genausoviel Impuls wie ihr Vater zu haben? (mit Rädern)

Stelle auch dies im Wasserbehältermodell dar.

3) Ball und Gewehrkugel

Ein Tennisball (m=57g) kann bei einer Geschwindigkeit von 5 km/h einen Holzklotz umschmeißen.

Wie schnell muß dazu eine Luftgewehrkugel sein, wenn sie nur 0,541 g Masse hat?

Lösungen

Links

Fußnoten

1. ↑ Die Einheit ist nach Christiaan Huygens (1629–1695) benannt und wird auf Deutsch "Heugens" gesprochen.