Unterscheidung von Impuls, Energie und Kraft
Grundbeispiel "Kanu fahren"
Beim Losfahren drücken die Leute das Wasser mit dem Paddel nach hinten und sich nach vorne.
Vor dem Losfahren haben Wasser und Boot keinen Impuls. Durch den Paddelschlag erhält das Wasser Impuls nach hinten und das Boot mit den Leuten die gleiche Impulsmenge, aber nach vorne. Wertet man Impuls nach hinten als negativ, so haben die Menschen den Impuls dem Wasser weggenommen und dem Boot gegeben.
Die Energie kommt von den Menschen und geht in die Bewegung des Bootes und des Wassers.
Die Kraft, mit der die Leute mit dem Paddel auf das Wasser drücken, gibt an, wie sich der Impuls des Wassers mit der Zeit ändert ("p = F t") und wie sich die Energie des Wassers längs des Weges ändert ("E = F s").
Man benötigt Energie, um zwei Gegenstände auf unterschiedliche Geschwindigkeit zu bringen. Die Energie hat keine Richtung, der Impuls ist eine vektorielle Größe. Die Kraft auf einen Gegenstand gibt an, wie sich der Impuls mit der Zeit und wie sich die Energie längs des Weges verändert.
Das Boot wird durch die Fahrt im Wasser gebremst, denn es schiebt das Wasser am Bug, aber auch durch die Reibung an der Bordwand, nach vorne weg.
Genauer bekommt das Wasser Impuls nach vorne und genau dieser Impuls kommt aus dem Boot.
Die Energie geht dabei von der Bewegung des Bootes auf die Wärme der Bootswand und des Wassers über.
Die Kraft auf das Boot gibt an, wie sich der Impuls des Bootes mit der Zeit und wie sich die Energie des Bootes längs des Weges ändert.
Zwei Gegenstände mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten speichern Energie. Durch die Angleichung der Geschwindigkeiten wird die Energie wieder frei. Im Falle der Reibung wird die Energie zur Erwärmung an den Reibungsflächen benötigt.
Aufgaben
- 1) Beschreibe die folgenden Vorgänge ebenso wie das Kanu-Beispiel.
- a) Karl und Karla stehen hintereinander auf einem Skateboard. Karl stößt sich von Karla ab.
- b) Antonia steht auf einem Skateboard und stößt sich vom Boden ab.
- c) Anton steht auf dem Boden und springt nach oben.
- 2) Beschreibe die Vorgänge mit dem Wasserbehältermodell
- a) Karl und Karla stehen hintereinander auf einem Skateboard. Karl stößt sich von Karla ab.
- Karl hat eine Masse von 100kg und Karla von 50kg. Karl drückt eine halbe Sekunde lang mit einer Kraft von 60N.
- b) Antonia steht auf einem Skateboard und stößt sich vom Boden ab.
- Antonia hat eine Masse von 60kg, sie drückt eine Sekunde lang mit 120N. (Die Erde hat eine Masse von ca. 6000000000000000000000000kg = 6*10^24kg.)
- c) Anton steht auf dem Boden und springt nach oben.
- Anton hat eine Masse von ebenfalls 60kg und drückt beim Absprung eine halbe Sekunde lang mit einer Kraft von 1000N.
- 3) Berechnung von Energie und Impulsmengen
- Berechne von allen drei Beispielen die Impuls- und Energiemengen der beteiligten Personen / Gegenstände.
