Kann mir jemand die Physikaufgabe erklären?
Ein Holzblock wird mit einem Geschoß abgeschossen, ist es Wahrscheinlicher, dass der Block umfällt, wenn das geschoß aus Eisen besteht, oder ist es wahrscheinlicher wenn es aus gummi besteht?
7 Antworten
Mit dem Gummigeschoss fällt der Block eher um.
Begründung:
Ein Kraftstoß ist immer proportional zur Impulsänderung:
F * Δt = m * Δv
F = m * Δv / Δt
Um das vergleichen zu können, nehme ich mal an, dass beide Massen gleich sind. Die Gummikugel muss dafür natürlich größer sein als ein Stahlprojektil. Außerdem gehe ich davon aus, dass sie mit der selben Geschwindigkeit auftreffen.
Beim Stahlgeschoss handelt es sich um einen unelastischen Sroß, hier ist Δv = vg (v Geschoss)
Beim Gummigeschoss haben wir einen elastischen Stoß und dann ist
Δv = 2 * vg,
weil die Gummikugel nicht nur abgebremst wird sondern auch noch mit derselben Geschwindigkeiin in die andere Richtung den Block wieder verlässt.
Alleine deshalb ist die Kraft bei der Gummikugel doppelt so hoch, wie beim Stahlgeschoss. Damit wirkt gem. actio = reactio auch die doppelte Kraft auf den Holzblock.
Wenn man dann auch noch Δt betrachtet, gehts noch mehr Richtung Gummikugel. Hier kann ich zunächst nur schätzen, aber die Reflexion geschieht auf einer deutlich kleineren Strecke und damit vermutlich auch deutlich schneller, als das Abbremsen des Stahlgeschosses im Holzblock dauert. Je kleiner Δt, umso größer die Kraft.
Es geht um Impulserhaltung. Ich weiss nicht, wie ein Gummigeschoss reagiert, denke aber, man soll sich vorstellen, das Geschoss prallt zurück (man könnte auch einen Flummi und ein gleich schweres Stück Knetgummi nehmen). Bei der Knete wird die kin.Energie vom Holzblock absorbiert, der Flummi behält beim Rückprall seine Energie, nur das Vorzeichen ändert sich. Woher kommt wohl diese Energie in Gegenrichtung? - Richtig, vom Holzblock. Wenn er sie nicht aus dem "Nichts" erzeugt, muss er selber einen Impuls in Gegenrichtung erfahren, der Stoss ist also stärker als bei der Knete.
Meine Terminologie ist etwas durcheinander (Energie / Impuls), sorry dafür (ist halt lange her).
Ich hoffe aber , Du verstehst, worauf ich hinaus wollte.
Habt Ihr in der Schule gerade den Impuls durchgenommen? dann will der Lehrer hoeren, dass der Gummi gewinnt. Hat Hamburger02 vorgerechnet.
Gilt aber nur unter der unrealistischen Annahme, beide Geschosse haetten gleiche Masse und Geschwindigkeit.
Damit Du auch noch etwa zum selberrechnen hast: Nimm an, der Gummi habe nur ein Viertel der Masse, jedoch gleiche kinetische Energie. Wer gewinnt dann?
Es ist ohne weitere Angaben relativ schwer zu beantworten, aber ich würde sagen im Zweifel fällt der Block eher um, wenn er mit einer Eisenkugel beschossen wird - und zwar aus folgenden Gründen:
1.) Es wird keine Angabe zum Energieinhalt des Geschoßes gemacht. Fliegen nun Gummi- und Eisengeschoß mit der gleichen Geschwindigkeit, so hat die Masse des Geschoßes einen sehr großen Einfluss auf die kinetische Energie
Ekin = 1/2 * m * v²
-> Eisen hat ca. die 8.7fache Dichte von Gummi -> 8.7fache Masse bei gleichem Volumen -> 8.7fache kinetische Energie
2.) Trifft das Geschoß am Holzblock auf, kommt es zur Impulsübertragung zwischen Geschoß und Holzblock. Das zu beschreiben, benötigt wohl empirische Versuche, aber versuchen wir es einfach zu halten und zu raten, was passiert.
Das Gummigeschoß wird sich sehr viel stärker verformen als das Eisengeschoß, sich vom Holzblock abstoßen, zurückverformen und mit einer Geschwindigkeit v2 davonfliegen -> Es wird relativ wenig Energie vom Gummi an das Holz abgegeben.
Das Eisengeschoß kann dasselbe machen, wobei es sich weniger stark verformen wird als das Gummigeschoss und beim Aufprall mehr Energie an das Holz abgibt als das Gummi. Allerdings besteht auch die Möglichkeit, dass die Kugel komplett in das Holz eindringt, dann wird die gesamte Energie innerhalb des Holzblockes abgebaut und es werden Kräfte frei, die den Holzblock vermutlich zum Umfallen bringen werden.
Fazit: Es kommt auf die äußeren Umstände, wie Geschwindigkeit, Masse und Form des Geschoßes, Form und Oberflächenbeschaffenheit des Holzblockes, etc. an.
Ich würde sagen mit dem Eisen Geschoss fällt es um. Weil dieser ins Holz eindringt und mit der Wucht das Holz umhaut.
Bei dem Gummi denke ich das es nur wackelt und stehen bleibt weil das Gummi sich deformiert und seine Fliehkraft auf eine größere Fläche verteilt.
Die Aufgabe ist ohne weitere Vorgaben nicht beantwortbar :
Hier ein paar beispiele :
-Das eisengeschoss ist schwerer, deshalb "gewinnt" eisen (ganz billig)
-das eisengeschoss fliegt durch/in das holz, das gummi "zerspringt" beim aufschlag
-beide fallen um
-beide bleiben stehen
Das sind alles Szenarien, die durch mehr Angaben eleminiert werden müssen.
Ich hät auch gesagt, dass es beim eisernen umfällt. Ich dachte das die eisen kugel die gesammte energie aufs Holz gibt, und die gummikugel einen teil wieder mitnimmt( durchs weg fliegen) aber unser lehrer sagt, das es beim gummigeschoß umfliegt.