Hilfe bei Physikaufgabe - Kraft und Impuls?
"eine knetkugel und ein gummiball haben beide die gleiche geschwindigkeit und masse. sie werden gegen enien holzklotz geworfen. während die knetkugel daran hängen bleibt, prallt der gummiball zurück. Erläutere welche der beiden kugeln den holzklotz eher umwirft."
Mein Gedankengang: p=F*t
Da der Impuls bei beiden Fällen gleich ist, jedoch die Zeit der Kraftausübung auf den Holzblock unterschiedlich, also beim Knetball länger als beim Gummiball, da es ja länger mit dem Holzh in berührung kommt, so muss die Kraft beim Knetball kleiner sein. Deshalb würde es eher beim Gummiball umfallen. ist das richtig?
3 Antworten
Bisher machen alle aus dieser Aufgabe eine Energiebetrachtung, aber eigentlich geht es um den Impulserhalt.
Beim Knetball gibt die Knete einen Teil ihres Impulses an den Block ab und behält einen anderen Teil, um mit ihm mit zu gehen (d.h. der Block selbst bekommt weniger als den Gesamtimpuls des Balls).
Beim Gummiball überträgt der Ball nicht nur seinen gesamten Impuls, sondern springt (im Idealfall) mit dem gleichen Impuls wieder zurück, sodass der Holzklotz den doppelten Impuls vom Ball bekommt - was ihn natürlich eher umwirft, weil er sich für den Impuls ja bewegen muss.
Dein Gedankengang ist nicht wirklich korrekt, weil du die Kraft über die Zeit ja nicht wirklich kennst. Die Kraft beim Kontakt ist ohnehin nicht konstant, sodass die von dir genannte Formel nicht gilt.
Ja, das stimmt. "Grenzfall" wäre wohl das passendere Wort gewesen.
Warum ist die Kraft nicht konstant bei beiden Fällen?
Der Impuls ist bei beiden gleich, aber ein Teil der Bewegungsenergie setzt sich bei der Knete in Wärme um. Deshalb wirft der Gummiball den Holzklotz eher um.
Für das Umwerfen eines Holzklotzes wird eine Aktivierungsenergie benötigt, die der Klotz haben muss, damit sein Schwerpunk über lie labile Grenze angehoben werden kann.
Die Geschwindigkeit u des Klotzes mit Masse M unmittelbar nach dem Aufprall der Kugel der Masse m mit Geschwindigkeit v ist
a) für den elastischen Fall
b) für den unelatischen Fall
Die auf den Klotz übertragene Energie ist also im elastischen Fall 4 mal so groß, sodass hier der Klotz eher umfallen würde.
Nur Ergänzung: Auch im Idealfall wird der Gummiball nicht ganz mit dem betragsmässig gleichen Impuls zurückspringen - ausser im Grenzfall, wo die Masse des Holzklotz unendlich wäre (entspricht dem Abprall an einer Wand). Wenn sich der Holzklotz bewegt, muss die kin. Energie des Gummiballs ja abnehmen. Auf jeden Fall wird aber bei diesem elastischen Stoss mehr Impuls übertragen als im unelastischen Fall (Knetball).