Impuls (Einführung)

Impuls (Einführung) Übung

• Nenne die Definition des Impulses.

  Tipps

  Was ist der Impuls?

  Welche Größen benötigt man für die Berechnung?

  Lösung

  Der physikalische Impuls ist eine der wichtigsten physikalischen Größen.

  Der Impuls gibt dir an, mit welcher Wucht oder Stärke ein Körper mit einer Masse und einer Geschwindigkeit auf einen anderen auftrifft.

  Ein einfaches anschauliches Beispiel wurde dir bereits im Video erklärt. Ein Ball wird geworfen und trifft dich. Dabei ist die Wucht, mit der der Ball auf dich auftrifft, davon abhängig, wie viel Masse der Ball hat und wie schnell er ist.

  Ein weiteres Beispiel sind die Crashtests von Autos. Dabei ist die Verformung des Autos umso größer, je größer seine Gesamtmasse und die ursprüngliche Geschwindigkeit sind. Auch bei einem Unfall ist das so. Wenn ein LKW mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf ein stehendes Auto auffährt, so ist die Wucht des Aufpralls größer als beim Auffahren von einem leichten PKW mit gleicher Geschwindigkeit.

• Beschreibe die Eigenschaften des Impuls.

  Tipps

  Wovon hängt der Impuls eines Körpers ab?

  Lösung

  Der physikalische Impuls ist eine der wichtigsten physikalischen Größen. Der Impuls gibt dir an, mit welcher Wucht oder Stärke ein Körper mit einer Masse und einer Geschwindigkeit auf einen anderen auftritt.

  Ein einfaches anschauliches Beispiel wurde dir bereits im Video erklärt. Ein Ball wird geworfen und trifft dich. Dabei ist die Wucht, mit der der Ball auf dich auftrifft, davon abhängig wie viel Masse der Ball hat und wie schnell er ist.

  Ein weiteres Beispiel kannst du dir bei den Crashtests von Autos vorstellen. Dabei ist die Verformung des Autos umso größer, je größer seine Gesamtmasse und die ursprüngliche Geschwindigkeit sind. Auch bei einem Unfall ist das so. Wenn ein LKW mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf ein stehendes Auto auffährt, so ist die Wucht des Aufpralls größer als beim Auffahren von einem leichten PKW mit gleicher Geschwindigkeit.

  Wenn die Geschwindigkeit und die Masse von zwei Körpern identisch ist, haben sie den gleichen Impuls. Das heißt, würden dich die beiden Körper treffen, würdest du in beiden Fällen die gleiche Wucht erfahren. Als Beispiel kannst du dir vorstellen, dass ein Apfel und eine Kugel, die die gleiche Masse haben und mit gleicher Geschwindigkeit durch die Luft fliegen, den gleichen Impuls haben.

• Erkläre die Impulserhaltung.

  Tipps

  Was bedeutet die Erhaltung des Impulses?

  Lösung

  Bei der Impulserhaltung geht es darum, dass in einem System der Impuls eines Körpers nicht verloren geht. Dabei ist es meistens jedoch so, dass ein System nur aus 2 Körpern besteht, die miteinander wechselwirken. Das heißt, der eine Körper überträgt seinen Impuls zum Teil oder komplett an den anderen Körper.

  Das kannst du dir sehr gut beim Billiard spielen anschauen. Triffst du mit der weißen Kugel eine andere genau mittig, so überträgt die weiße Kugel ihren gesamten Impuls an die farbige. Die weiße Kugel bleibt liegen und die farbige Kugel bewegt sich mit der ursprünglichen Geschwindigkeit der weißen weiter. Triffst du mit der weißen Kugel etwas schräg auf eine farbige Kugel, so bewegen sich nach dem Stoß beide Kugeln. Die weiße mit verringerter Geschwindigkeit und die farbige durch den übertragenen Impuls.

• Entscheide, ob der Körper einen Impuls hat.

  Tipps

  Wovon hängt es ab, ob ein Körper einen Impuls hat?

  Lösung

  Ein Körper hat nur dann einen Impuls, wenn er sich bewegt und eine Geschwindigkeit hat.

  Ruhende Körper besitzen somit keinen Impuls. Das heißt, alles, was liegt und sich nicht bewegt, hat keinen Impuls. Als Beispiel kannst du hier alle Körper ansehen, die sich nicht bewegen und somit in Ruhe befinden.

  Bewegte Körper besitzen einen Impuls. Dieser Impuls ist abhängig von der Masse und der Geschwindigkeit des Körpers. Als Beispiel können hier geworfene, geschossene und fallende Körper aufgeführt werden.

• Berechne den Impuls des Volleyballs.

  Tipps

  Wie lautet die Formel zur Berechnung des Impulses?

  Denke an die Einheiten. Zur Erinnerung: Der Impuls hat die Einheit $[p]= \frac{kg \cdot m}{s}$.

  Lösung

  Für die Berechnung des Impulses benötigst du zunächst die Formel zur Berechnung: $p=m \cdot v$.

  Anschließend musst du die Einheiten für die Größen überprüfen. Die Einheit des Impulses ist: $[p]= \frac{kg \cdot m}{s}$.
  Zur Umrechnung brauchst du für die Geschwindigkeit: $v= 130 \frac{km}{h} : 3,6 = 36,1 \frac{m}{s}$.
  Für die Masse gilt: $m=260 g= 0,26 kg$.

  Das musst du nun nur noch in die Formel einsetzen: $p= 0,26 kg \cdot 36,1 \frac{m}{s}= 9,386 \frac{kg \cdot m}{s} \approx 9,4 \frac{kg \cdot m}{s}$.

• Ermittle den Impuls des Fußballs.

  Tipps

  Wie berechnest du die Geschwindigkeit?

  Lösung

  Für die Berechnung dieser Aufgabe benötigst du zunächst die Formel für die Geschwindigkeit und anschließend die für den Impuls.

  Für den Aufgabenteil a) berechnest du: $s = v \cdot t \Leftrightarrow v = \frac{s}{t} \Rightarrow v = \frac{11 \enspace m}{0,44 \enspace s} = 25 \frac{m}{s}$.

  Für den Aufgabenteil b) berechnest du: $p = m \cdot v \Rightarrow p = 0,450{\enspace {kg}} \cdot 25 \frac{m}{s} = 11,25 \frac{kg \cdot m}{s}$.