Impulserhaltung - Actio gleich Reactio - Schwerpunkterhaltung: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 26. Mai 2014, 18:44 Uhr

Beispiele

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  Ein Weltraumspaziergang mit Sicherungsseil...

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  und ohne Sicherungsseil.

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  Ein Oktopus mit einem seiner Rückstoß-Trichter. Video (ab 2:14)

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  Video: NPL Water Rockets Challenge 2010

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  Video: Skateboard Abstoßen Video: Skateboard Ziehen

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  Ein Pendel auf einem Skatebord (Video)

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  Video: "JetLev" Video: Remake of Flyboard

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  Flug durch eine Farbwolke

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  Animation der Luftbewegung an einem Tragflügel

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  Crashtest Video Fiat 500 und Audi Q7

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  Video: Curling

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  Ein Strandsegler

Zusammenstoßen: Die Bewegung verliert Energie

Bremsen: Luftwiderstand. Segelboot. Windrad.

Unelastisch: Energie wird in Wärme gewandelt (auf Entropie umgeladen) Skateboard. Wagen auf Fahrbahn mit Knete mit Feder.

Elastisch: Energie wird gespeichert

Abstoßen: Die Bewegung gewinnt Energie

Antriebe: Rakete. Ruderboot. Antrieb durch Propeller /Düsentriebwerk. Vom Skateboard springen. Feder zwischen zwei Wagen. Skateboard Ziehen und Drücken.

Impulserhaltung im Wasserbehältermodell

Im Modell hat die Wassermenge zugenommen, weil etwas hineingeschüttet wurd oder abgenommen, weil etwas herausgeflossen ist. Bisher haben wir uns keine Gedanken darüber gemacht, woher das Wasser kommt oder wohin es geht.

Wie beim Wasser ist es auch beim Impuls. Auch der Impuls kommt irgendwoher und geht irgendwohin. Erhält ein Körper Impuls, so verliert ein anderer Gegenstand genau diese Impulsmenge. Verliert ein Gegenstand Impuls, so gewinnt ein anderer Körper diese Impulsmenge.

Vektoriell

Flugzeugflügel / Vogel. Billiard. Kugel am Wasserstrahl.

Warum fliegt ein Flugzeug?

Dieses Polardiagramm von Otto Lilienthal zeigt die Kräfte auf eine gewölbte Tragfläche je nach Anstellwinkel.

Wassersportgeräte: Bei google: "wake turbulence"

Schwerpunkt

Feuerwerk. Pendel auf Skateboard. Laufen oder Rennen mit bewegten Armen Flash Animation (Leistungskurs Sport Rolf Dober)

Links

• Video eines Zusammenpralls zweier unterschiedlich schwerer Fahrzeuge. (youtube: "ADAC Crash Test: Fiat 500 vs. Audi Q7" von "informatiiauto")
  • [Re: Crashtest Audi Q7 vs Fiat 500 Video] wie oben (youtube: "Re: Crashtest Audi Q7 vs Fiat 500" von "tottube976")
• Video: Curling Ein Stein stößt gegen zwei andere. (youtube: Jennifer Jones Best Curling Shot! )

• youtube.de: NPL Water Rockets Challenge 2010

• Youtube: JetLev Promo "Jetlev"
• Youtube: Remake of Flyboard by Zapata Flyboard

• Wissen vor acht - Warum fliegen Zugvögel in V-Formation? (youtube.de von "superwissenschaft")

• Animation der Luftbewegung an einem Tragflügel (youtube: "Wing tip vortices behind the wing - Wakesheet" von "jdivahar")

• Landeanflug auf London Schöne Sicht auf den Flügel und die Steuerklappen. (youtube: United 777-200ER Gorgeous Fast Approach and Landing at London Heathrow! von "dantorp11")

Zusammenfassung - 3. Newtonsches Axiom

Beschreibung

Ändert ein Gegenstand seinen Impuls, so ist immer auch ein Partner beteiligt. 
Stößt sich der Gegenstand mit der Kraft [math]\vec F[/math] ab, so wirkt die Gegenkraft [math]-\vec F[/math] auf den Partner.
Sowohl die Summe der Impulse als auch der gemeinsame Schwerpunkt bleiben immer erhalten.

Dies kann man mit drei zeitlichen Phasen beschreiben:

1) vorher

Beide Gegenstände haben zusammen den Impuls [math]\vec p + \vec P[/math]

Änderung

Eine Zeit [math]t[/math] lang wirkt auf den Gegenstand eine Kraft [math]\vec F[/math] und auf den Partner die gleichgroße, aber entgegengesetzt wirkende Gegenkraft [math]-\vec F[/math].

Der Gegenstand erhält also den Impuls [math]\triangle \vec p = \vec F \cdot t[/math] und der Partner verliert ihn, bzw. bekommt den Impuls [math]-\triangle \vec p[/math].

2) nachher

Beide Gegenstände haben ihren Impuls verändert, aber zusammen haben sie immer noch den gleichen Impuls: [math]\vec {p'} + \vec {P'}[/math]

Rechnung

Als Rechenansatz gibt es zwei Möglichkeiten:

Impulsbilanz

Man setzt den Impuls vor und nach dem Impulsaustausch gleich:

[math]p+P = p'+P'[/math]

Falls die Masse der Gegenstände sich nicht verändert, gilt:

[math]m \, v + M \, V = m \, v' + M \, V' [/math]

Nun überlegt man sich, welche Größen gegeben sind und welche Größe nicht. Nach der unbekannten Größe löst man auf.

Impulsänderung

Der Impuls ändert sich bei einer zeitlich konstanten Kraft um [math]\triangle \vec p = \vec F \cdot t[/math].

Für die Impulse nach dem Kontakt gilt also:

[math]\vec {p'} = \vec p + \vec F \cdot t[/math] und [math]\vec {P'} = \vec P - \vec F \cdot t[/math]

Bei unveränderten Massen folgt daraus:

[math]m \, \vec {v'} = m \, \vec v + \vec F \cdot t[/math] und [math]M \, \vec {V'} = M \, \vec V - \vec F \cdot t[/math]

Links

• Flugphysik for Beginners
• Altlasten der Physik: Warum ein Flugzeug fliegt (Friedrich Herrmann)
• ZEIT: Hier irrt die Schulweisheit; Warum kann ein Flugzeug fliegen? Bis heute, kritisieren zwei amerikanische Forscher, wird das falsch erklärt