Impulserhaltung beim zweidimensionalen Stoß durch Komponentenzerlegung bestimmen
In den folgenden Aktivitäten lässt sich mit der Komponentenzerlegung die Impulserhaltung bei einem zweidimensionalen Stoß nachweisen.
Ziel:
Die Impulserhaltung besagt, dass der Gesamtimpuls eines Systems in jede Raumrichtung vor und nach einem Zusammenstoß erhalten bleibt. In diesem Versuch soll nachgewiesen werden, dass die Summe der Impulse der Gleiter in der x- und y-Richtung vor und nach dem Zusammenstoß unverändert bleibt.
Versuchsaufbau:
Zwei Gleiter, die auf einem Tisch nahezu reibungsfrei bewegt werden können, werden verwendet. Um ihre Bewegung aufzuzeichnen, hinterlassen sie in regelmäßigen Abständen einen Punkt auf einem Papier. Die Zeitdauer zwischen zwei Punkten ist immer gleich groß.
Die Zusammenstöße der Gleiter finden (fast) ohne Energieverluste, also elastisch, statt.
Durchführung:
Die Gleiter werden so angestoßen, dass sie sich aufeinander zubewegen und zusammenstoßen. Nach dem Zusammenstoß ändern sich ihre Geschwindigkeiten (Tempo und/oder Richtung).
Hier findest du eine Simulation eines Luftkissentisches.
In der umfangreichen und gut durchdachten Lerneinheit auf
https://tetfolio.fu-berlin.de/web/1585381
gibt es ausführliche Erläuterungen, interaktive Bildschirmexperimente, Experimente im Modell, Videos und den Luftkissentisch als Simulation.
Auswertung:
Die Bewegung der Gleiter wird mithilfe der Punkte auf dem Untergrund rekonstruiert. Der Abstand der Punkte ist ein Maß für das Tempo. Mit der Formel Δv = Δs / Δt lässt sich das (durchschnittliche) Tempo zwischen zwei Punkten bestimmen. Mit der Formel Δp = m · Δv lässt sich der Impuls bestimmen. Die Gleiter haben eine Masse von m = 0,5 kg und der zeitliche Abstand zwischen zwei Punkten beträgt immer Δt = 0,1 s.
Um die Impulserhaltung zu beweisen, sollten die Schritte folgendermaßen durchgeführt werden:
- Bestimme die Impulse in x-Richtung vor dem Stoß, indem die zurückgelegte Strecke in x-Richtung mit einem Lineal gemessen wird und die obigen Formeln und Angaben verwendet werden.
- Addiere die Impulse vor dem Stoß.
- Bestimme die einzelnen Impulse und den Gesamtimpuls nach dem Stoß.
- Überprüfe die Abweichung.
- Führe die Schritte 1. bis 4. für die y-Richtung aus.
Wichtig: Der Gesamtimpuls (= Impuls von Gleiter 1 + Impuls von Gleiter 2) in x-Richtung kann unabhängig vom Gesamtimpuls in y-Richtung ausgewertet werden.
