Impulserhaltung beim Stoß
Der Impuls ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit. Er hat eine Richtung, deshalb unterscheidet der Rechner Bewegungen nach rechts und links über das Vorzeichen. In einem abgeschlossenen System bleibt der Gesamtimpuls bei jedem Stoß erhalten. Das ist einer der grundlegenden Erhaltungssätze der Mechanik und gilt unabhängig davon, wie heftig die Körper zusammenprallen.
Für den Ausgang eines Stoßes kommt es zusätzlich auf die Energie an. Beim elastischen Stoß, wie bei Billardkugeln, bleibt auch die Bewegungsenergie vollständig erhalten. Beim vollkommen unelastischen Stoß bleiben die Körper aneinander haften und bewegen sich gemeinsam weiter, ein Teil der Energie geht in Verformung und Wärme über.
Der Rechner berechnet die Einzelimpulse, den Gesamtimpuls, die Geschwindigkeiten beider Körper nach dem Stoß und die Bewegungsenergie vorher und nachher. Die Differenz zeigt, wie viel Energie beim Aufprall umgewandelt wurde. Er betrachtet den geraden, zentralen Stoß, bei dem sich beide Körper auf einer Linie bewegen.
Sonderfälle und Anwendungen
Zwei aufschlussreiche Sonderfälle lassen sich mit dem Rechner leicht nachstellen. Trifft eine Kugel elastisch auf eine gleich schwere ruhende Kugel, bleibt die erste stehen und die zweite übernimmt die volle Geschwindigkeit, wie beim Kugelstoßpendel. Prallt ein leichter Körper auf einen sehr schweren, ruhenden, wird er fast mit gleicher Geschwindigkeit zurückgeworfen.
Reale Stöße liegen meist zwischen den beiden Grenzfällen. Ein Tennisball verliert beim Aufprall einen Teil seiner Energie, bleibt aber nicht kleben. Physiker beschreiben das mit der Stoßzahl, die zwischen 0 für vollkommen unelastisch und 1 für elastisch liegt. Die beiden Varianten des Rechners zeigen die Spannbreite, in der das tatsächliche Ergebnis liegen muss.
Bei Verkehrsunfällen nutzen Gutachter die Impulserhaltung, um aus Massen und Endlagen der Fahrzeuge auf die Geschwindigkeiten vor dem Zusammenstoß zu schließen. Die umgewandelte Energie macht anschaulich, warum schon mäßige Geschwindigkeiten große Verformungen verursachen: Sie wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Für echte Unfallrekonstruktionen sind deutlich genauere Modelle nötig.
Damit es überhaupt zu einem Stoß kommt, muss Körper 1 schneller nach rechts unterwegs sein als Körper 2, sonst entfernen sich beide voneinander. Die Formeln liefern zwar trotzdem Zahlen, physikalisch sinnvoll sind sie dann nicht. Beschleunigungen aus Geschwindigkeitsänderungen berechnet der Beschleunigung-Rechner, Kräfte an Federn der Federkraft-Rechner.
Tipps und typische Fehler
Stöße verstehen.
- Vorzeichen: Richtung angeben.
- Impuls: Bleibt erhalten.
- Energie: Nur elastisch.
- Realität: Dazwischen.
Weitere Rechner: Mathe & Formeln
Häufige Fragen
Was ist der Impuls?
Masse mal Geschwindigkeit, mit Richtung.
Bleibt beim Stoß die Energie erhalten?
Nur beim elastischen Stoß; der Impuls bleibt immer erhalten.
Was passiert bei gleich schweren Kugeln?
Beim elastischen Stoß tauschen sie ihre Geschwindigkeiten.
Was ist ein zentraler Stoß?
Ein Stoß, bei dem sich beide Körper auf einer Linie durch ihre Schwerpunkte bewegen.
Welche Einheit hat der Impuls?
Kilogramm mal Meter pro Sekunde, kg·m/s.
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