Aufgaben zu Massenträgheit, Impuls und Kraft; qualitativ (Lösungen)

In der Straßenbahn

Peter fährt mit der Straßenbahn in die Schule.

• Peter muss sich beim Anfahren, Abbremsen und beim Kurvenfahren festhalten.
• Peter hat eine träge Masse, das heißt, dass sich sein Impuls nur verändert, wenn eine Kraft wirkt.

Beim Anfahren muss Peters Impuls zunehmen, sonst fährt er nicht mit und bleibt stehen. Aus Sicht der Straßenbahn wird er nach hinten geworfen. Um seinen Impuls zu vergrößern, hält sich Peter fest und die Straßenbahn zieht ihn nach vorne und gibt ihm somit Impuls.

Beim Bremsen geschieht das gleiche, nur die Kraft wirkt entgegen der Bewegungsrichtung.

In den Kurven muss die Richtung von Peters Impuls geändert werden. Dazu ist eine Kraft senkrecht zur Impulsrichtung nötig. Auch dieses Ziehen übernimmt die Straßenbahn für Peter, wenn er sich festhält.

Eine Schorle, bitte!

Heute ist der Biergarten voll besetzt. Um die Wasserflasche und die Schorle auf dem Tablett zu seinem Gast zu bringen, muss die Bedienung ganz schön geschickt sein!

Erna hält das Tablett immer schön waagecht. Sie stellt die Flasche und das Glas Apfelsaftschorle auf's Tablett läuft los, einmal rechts um den Nachbartisch herum und schon ist sie da.

• Erna sollte beim Loslaufen und Stehenbleiben, sowie beim Kurvenlaufen aufpassen.

Beim Loslaufen kann die Flasche aus Ernas Sicht nach hinten kippen, beim Anhalten nach vorne.

In der Kurve kann die Flasche "aus der Kurve fliegen".

In allen drei Situationen sieht man aus der Sicht eines sitzenden Gastes wie sich Ernas Bewegung verändert, die Bewegung der Flasche aber nicht! Kippt die Flasche um, so liegt das daran, dass der Impuls der Flasche nicht durch eine Kraft verändert wird.

• Die Wasseroberfläche im Glas wird sich schräg stellen, solange bis die Kraft ausreicht, um den Impuls der Schorle zu verändern.

Beim Loslaufen verläuft die Oberfläche nach hinten oben, sodass es eine Kraft nach vorne gibt.

Beim Bremsen verläuft die Oberfläche nach vorne oben, sodass es eine Kraft nach hinten gibt.

In der Kurve verläuft die Oberfläche nach Außen oben, sodass es eine Kraft senkrecht zur Kurve gibt.

Emil hat schon viel Übung und kann durch geschicktes Kippen des Tabletts seinen Gast noch schneller erreichen.

• Emil kippt sein Tablett so, wie vorher die Oberfläche der Schorle.

Dadurch kann er es erreichen, dass das gesamte Schorleglas gekippt ist und die Oberfläche wieder senkrecht zum Glas ist.