[Physik] Impuls bei Zusammenstoß von Billiardkugeln?

Guten Mittag,

leider verstehe ich den folgenden Text noch nicht so richtig. Ich freue mich sehr auf eure hilfreichen und leicht verständlichen Erklärungen.

Bei einem frontalen Stoß beachtet man bei Berechnung eines Gesamtimpulses die Richtungen der einzelnen Impulse.
Wenn z.B. zwei Billardkugeln mit einer Masse von je 100 g und Geschwindigkeiten von 2 m/s (Kugel
A) und 3 m/s (Kugel B) frontal aufeinander zurollen, wäre der Impuls von Kugel A 0,2 kg*m/s und der von Kugel B 0,3 kg*m/s in die andere Richtung.

Das verstehe ich, denn Impuls p = m (Masse) * v (Geschwindigkeit).

Der Gesamtimpuls nach dem Stoß beträgt nicht 0,5 kg*m/s, sondern 0,1 kg*m/s oder -0,1 kg*m/s, weil bei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen eine der beiden Kugeln für ihre Geschwindigkeit ein negatives Vorzeichen erhält und damit auch für ihren Impuls.

Das verstehe ich nicht so ganz. Denn laut dem Impulserhaltungssatz bleibt die Summe aller Impulse in einem abgeschlossenen System gleich.

Wie kann es dann sein, dass der Gesamtimpuls nach dem Stoß 0,1 kg * m/s bzw. -0,1 kg * m/s beträgt? Denn vor dem Zusammenstoß hatte Kugel A ja einen Impuls von 0,2 kg * m/s und Kugel B einen Impuls von 0,3 kg * m/s (in die andere Richtung). War also vorher nicht der Gesamtimpuls bei 0,5 kg * m/s?

Die Kugeln verlieren jedoch insgesamt keine Geschwindigkeit, da sie bei einem frontalen Zusammenstoß einfach ihre Geschwindigkeiten tauschen (solange die Massen gleich sind). Kugel A, die vorher mit 2 m/s gerollt ist, wird also mit 3 m/s zurückgestoßen und Kugel B wird mit 2 m/s zurückgestoßen.

Also tauscht sich immer die Geschwindigkeit, wenn zwei Kugeln mit gleicher Masse frontal zusammenstoßen.

Dieses „Auslöschen" von entgegengesetzten Impulsen besteht also nur rechnerisch.

Wieso löschen sich rechnerisch die entgegengesetzten Impulse aus, obwohl die Impulse nach dem Zusammenstoß gleich (sind sie das?) den Impulsen vor dem Zusammenstoß entsprechen? Es gilt doch der Impulserhaltungssatz, dass in einem abgeschlossenen System die Summe aller Impulse gleich bleibt, oder nicht?

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Ist die ISS ein FAKE, weil sie von Meteoriten durchlöchert werden müßte.

Auf der Höhe der ISS gibt es keine schützende Athmosphäre. Dort fallen täglich Abertausende von Meterioten ein, ganz winzige, aber auch größere, durchaus im Zentimeterbereich.

Wie soll die ISS diesen Meteroiten standhalten ?

Nehmen wir als kleinen Meteorit eine Eisenkugel mit Radius 3cm an.
Und einer mittleren Geschwindigkeit von v=40 km/s

(ja, Kilometer pro Sekunde)

Die Berechnungen zeigen, dass die Durchdringungstiefen für Aluminium und Kevlar 3560 m bzw. 1424 m betragen. (Die Hülle der ISS besteht aus ca. 15 cm Dicken Alu und Kevlar Schichten)

Das hält die dünne Hülle der ISS niemals aus, die würde täglich von zig Meteoriten durchlöchert werden.

Die Energie des obigen Meteoriten entsprechen überigens der Explosionsenergie von 170 kg TNT (ein Sprengstoff)

Hier ist die Berechnung:
---------------------------------------------------

Um die kinetische Energie einer Kugel mit einem Radius von 3 cm (entsprechend 0,03 m) und einer Geschwindigkeit von 40 km/s (entsprechend 40,000 m/s) zu berechnen, gehen wir wie folgt vor:

   Berechnung des Kugelvolumens:

V=43πr3V=34​πr3

V=43π(0.03 m)3V=34​π(0.03 m)3

V≈1.131×10−4 m3V≈1.131×10−4 m3

   Berechnung der Kugelmasse:

Angenommen, die Kugel besteht aus Eisen mit einer Dichte von ρ=7874ρ=7874 kg/m³:

m=ρ⋅Vm=ρ⋅V

m=7874 kg/m3×1.131×10−4 m3m=7874 kg/m3×1.131×10−4 m3

m≈0.89 kgm≈0.89 kg

   Berechnung der kinetischen Energie:

E=12mv2E=21​mv2

E=12×0.89 kg×(40,000 m/s)2E=21​×0.89 kg×(40,000 m/s)2

E=12×0.89×1.6×109 m2/s2E=21​×0.89×1.6×109 m2/s2

E≈712×106 JE≈712×106 J

E≈712,000,000 JouleE≈712,000,000 Joule

   Umrechnung in TNT-Äquivalent:

Die spezifische Energie von TNT beträgt 4.1844.184 MJ/kg oder 4.184×1064.184×106 Joule/kg.

Menge TNT=712,000,000 J4.184×106 J/kgMenge TNT=4.184×106 J/kg712,000,000 J​

Menge TNT≈170 kg TNTMenge TNT≈170 kg TNT

Die kinetische Energie einer Eisenkugel mit einem Radius von 3 cm und einer Geschwindigkeit von 40 km/s entspricht etwa 170 kg TNT.

Durchdringung durch 15 cm dicke Wand (Aluminium und Kevlar)

Um zu überprüfen, ob diese Energie eine 15 cm dicke Wand durchdringen kann, verwenden wir die zuvor angegebenen spezifischen Durchdringungsfähigkeiten.

   Aluminium: σAl≈200σAl​≈200 kJ/m².

   Kevlar: σKevlar≈500σKevlar​≈500 kJ/m².

Berechnung der Durchdringungstiefe:

Aluminium:

RAluminium=712,000,000 J200,000 J/m2RAluminium​=200,000 J/m2712,000,000 J​

RAluminium=3560 mRAluminium​=3560 m

Kevlar:

RKevlar=712,000,000 J500,000 J/m2RKevlar​=500,000 J/m2712,000,000 J​

RKevlar=1424 mRKevlar​=1424 m

Die Berechnungen zeigen, dass die Durchdringungstiefen für Aluminium und Kevlar 3560 m bzw. 1424 m betragen.

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Hilfe bei Physikaufgaben zur Energie?

Hallo, könnte mir jemand folgende Fragen beantworten?

1) Welche Aussage läßt sich über die Energie eines Koffers machen, der waagerecht getragen wird? Welcher Zusammenhang besteht zur beim Tragen verrichteten Arbeit?

2) hebt ein 10 kg-Gewicht einen Meter über den Boden und hält es so 2 Minuten lang. Mache eine Aussage über die Energieänderung des Steins beim Hochheben und beim Halten.

3) Erna läßt einen Blumentopf aus dem obersten Stockwerk eines Hochhauses fallen.

(a) Welche Art von Energie besitzt der Blumentopf im obersten Stockwerk?

(b)In welchen Formen liegt die Energie des Blumentopfs in der Mitte des Fallwegs vor?

(c)Wie kommt die große Geschwindigkeit des Topfes unmittelbar vor dem Aufprall auf dem Boden zustande?

(d)Was passiert mit der Energie nach dem Aufprall des Topfes auf den Boden?

4)Eine Kugel wird mit Hilfe einer Federpistole senkrecht nach oben abgeschossen. Nenne die Energieumwandlungen, die stattfinden, bis die Kugel auf die Erdoberfläche aufgetroffen ist.

5)Ein Turner springt von einem Podest auf ein Trampolin.

(a) Nenne in der Reihenfolge ihres Auftretens die Energieumwandlungen, die bis zu dem Moment stattfinden, in dem der Artist erstmals wieder die maximale Höhe über der Erdoberfläche erreicht.

(b)Aus welchem Grund stimmt diese maximale Höhe nicht mit der Aus-gangshöhe überein?

6) Erläutere folgende Aussage an einem selbstgewählten Beispiel: »Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.«

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Wird die Kernbindungsenergie bei der Kernspaltung oder Kernfusion gleichzeitig höher und niedriger?

Hallo, in der theoretischen Kernphysik wird die Bindungsenergie (pro Nukleon) nach einer Kernspaltung oder Kernfusion von Atomkernen ja niedriger weil die Differenz der Gesamtenergie von den zwei Ausgangskernen (in der Fusion) oder dem Ausgangskern (bei der Spaltung) und ihren Produkten ja immer größer wird (Das gilt nur wenn mehr Energie freigsetzt wird als aufgewendet).

Das hier ist ein Graphen zu der Bindungsenergie in der theoretischen Kernphysik. (Die Bindungsenergie ist hier natürlich negativ weil es ja die Differenz der Gesamtenergie von den einzelnen Nukleonen und den Atomkernen zeigt.

In der praktischen Kernphysik ist die Bindungsenergie jetzt aber die Energie, die man benötigt um einen Atomkern in seine einzelnen Nukleonen zu zerlegen. Jedoch wird hierbei die Bindungsenergie nach einer Spaltung oder Fusion von Atomkernen höher.

Hier ist ein Graphen der die Bindungsenergie in der praktischen Kernphysik zeigt (Bindungsenergie wird mit Spaltung oder Fusion höher)

Ein Beispiel jetzt nochmal: Wenn wir jetzt z.B. bei der Kernfusion zwei Atomkerne verschmelzen dann könnte man ja sagen, dass die Bindungsenergie bei der Fusion freigesetzt wird (die Bindungsenergie wird niedriger, wie in der theoretischen Kernphysik). Dadurch wird die Stabilität der Atomkerne jedoch höher, weil die einzelnen Nukleonen ein günstigeres Energieverhältnis haben was wiederum heißt, dass die Bindungsenergie höher wird. (mehr Stabilität = mehr Energie benötigt um den Kern in die einzelnen Nukleonen zu zerlegen (praktische Kernphysik))

Damit heißt es ja, dass die Bindungsenergie höher und niedriger zugleich wird oder?

Wenn das so wäre, dann wäre ich sehr irritiert. Kann mich jemand aufklären?

Danke im Voraus!

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