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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  Beim Curling muss man dem Stein den richtigen Schwung mitgeben,

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  damit er genau am Ziel stehenbleibt.

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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.

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[/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.

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?

Links

• Video von herabrollender Dose und Zylinder. (Fakultät für Physik Uni Wien; eLearning) Probleme mit Flash-Player
• Video von herabrollenden Zylindern mit unterschiedlicher Messeverteilung. (youtube: "Versuch auf schiefer Ebene - Versuch" von "Noob Physik")
• Video der Drehschwingung eines Menschen auf einem Drehstuhl. (youtube: "Trägheitsmomente" von "Wissenschaftskanal1")