Der Impuls als Bewegungsmenge

(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.

Versuch: Dosenwerfen

Am Boden liegt links der Knetball und rechts der Styroporball.

Aufbau

Man versucht einen Stapel Dosen mit einem geworfenem Ball umzuschmeißen. Eine Person hat einen Styroporball, die andere einen Ball aus Knete.

Beobachtung

Um mit dem Knetball die Dosen umzuwerfen, muß man nicht so fest werfen, es genügt zu treffen.
Nur ein ganz schneller Styroporball kann auch eine Dose umwerfen.

Folgerung

Die Bälle brauchen eine gewisse Menge an "Wucht", um eine Dose umzuwerfen. Diese "Wucht" ist groß, wenn der Ball eine große Masse hat und eine große Geschwindigkeit hat.

Definition des 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": [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:

Jeder Gegenstand behält ohne Wechselwirkung mit einem anderen Körper seinen Impuls [math]\vec p = m \, \vec v[/math] in Menge und Richtung.

Veränderungsgesetz (2. Newtonsches Axiom)

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

Drückt (zieht) man mit einer Kraft [math]\vec F[/math] an einem Gegenstand, so wird die Richtung oder die Menge des Impulses [math]\vec p[/math] verändert.