Frage von piinkfluffylama, 28

Hallo, was ist die Impulserhaltung und was die energieerhaltung :)?

Antwort
von GrumpyLilo, 11

Hey,

der Impuls p setzt sich zusammen aus der Masse mal der Geschwindigkeit eines Körpers. Der Impulserhaltungssatz besagt, dass der Impuls vor und nach einem Ereignis gleich ist, auch wenn sich an seiner Masse und/oder seiner Geschwindigkeit etwas verändert. Hauptsache der Wert vom Impuls p hat vorher und nachher den gleichen Wert.

Beispiel Autounfall: Ein Auto fährt mit der Geschwindigkeit v1 und der Masse m1 auf ein stehendes Auto der Geschwindigkeit v2 = 0 und der Masse m2 auf. Danach bewegen sich beide Autos als gemeinsamer "Klumpen" weiter (Reibung wird hier mal komplett vernachlässigt). Vor dem Unfall ist der Impuls p1 demnach m1 * v1 + m2 * v2. Dabei musst du beachten, dass die Geschwindigkeit vom zweiten Auto Null ist, weil es ja steht. Nach dem Zusammenstoß bewegen sich die beiden Autos gemeinsam weiter. Dabei ändern sich die Massen der Autos ja nicht. Sie werden zu einer gemeinsamen "Klumpenmasse" addiert. Es wird außerdem eine gemeinsame Geschwindigkeit v3 eingeführt (weil die Autos ja jetzt zusammen weiterrutschen). Also ist der Impuls nach dem Ereignis p2 = (m1 + m2) * v3. Der Impuls ist vor und nach dem Unfall gleich groß, sieht nur anders aus. 

Energieerhaltung ist praktisch das gleiche. Er ist sehr wichtig, weil er besagt, dass Energie nicht erzeugt oder vernichtet werden kann, sondern nur von einer in eine andere Form umgewandelt wird. Nimmt man zum Beispiel ein Pendel und hebt das Gewicht ein Stück, dann gibt es in diesem System nur potentielle Energie (weil das Gewicht entgegen der Schwerkraft in die Höhe gehalten wird). Lässt man es los wird diese potentielle Energie Stück für Stück in kinetische Energie (also Bewegungsenergie umgewandelt). Maximal ist die Bewegungsenergie dann wenn die potentielle Energie Null ist, also wenn sich das Gewicht durch dessen Ruhelage bewegt. 

Du kannst die beiden Begriffe auch mal bei Google eingeben. Bei Wikipedia wird solches Zeug auch ziemlich gut erklärt.

Kommentar von Bellefraise ,

gut gebracht!

Generell besteht die Gefahr, dass der Energiesatz auch bei dem von dir genannten Stoßvorgang angesetzt wird. Das ist jedoch nicht zulässig.

Deshalb tauchen hier  auch schon mal solche Fragen auf "habe die Kollison 2er Körper mit dem Energiesatz berechnet und kriege falsche Geschwindigkeiten - warum?"

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 6

Der Impuls |p› ist eine Bewegungsgröße, die eng mit dem Begriff der Kraft |F› zusammenhängt. Beides sind Vektorgrößen, d.h. gerichtete Größen, daher die Schreibweise. Wirken auf einen Körper der Masse m Kräfte mit der resultierenden Kraft |F›, so ist

(1) |F› = d|p›/dτ,

d.h. die Kraft ist gleich der zeitlichen Änderungsrate des Impulses. Im Newton'schen Grenzfall kleiner Geschwindigkeiten |v› ist

(2.1) |F› = m|a›
(2.2) |p› = m|v›

mit der Beschleunigung |a›.

Dass der Gesamtimpuls eines keinen Kräften von außen unterliegenden Systems bei jedem Prozess erhalten ist, ist daher äquivalent mit Newtons Wechselwirkungsprinzip

(3) |F›₂₁ = – |F›₁₂

zwischen zwei verschiedenen Körpern B₁ und B₂, das uns erklärt, warum die Idee, sich selbst am eigenen Zopf (wenn man einen trägt) aus dem Sumpf zu ziehen, nicht funktioniert.

Die Energie E ist eine skalare Größe, die zwar auch nicht spontan entstehen oder einfach verschwinden (sie kann nur unbestimmt sein), aber zwischen verschiedenen Formen umgewandelt werden kann. Eine dieser Formen, die kinetische Energie, tritt ebenfalls als Bewegungsgröße auf. Daher kann ein Stoß zweier Körper bestimmter Massen m₁ und m₂ unterschiedliche Ergebnisse haben. Als Extremfälle unterscheidet man den elastischen und den unelastischen Stoß. Die Gesamtenergie bleibt gleich, bis das System Energie in Form von Wärme, Schall, Strahlung etc. an seine Umgebung abgibt.

Im Rahmen der raumzeitlichen Beschreibung ist die Energie unter Einbeziehung der Ruheenergie mc² übrigens eine Komponente des Impulses, genauer gesagt des Viererimpulses

|p» = (E/c; |p›),

aus zwei Erhaltungsgrößen wird eine.

Antwort
von Bellefraise, 7

Impulssatz

Nehmen wir 2 Körper mit den Massen m1, m2 und den Geschwindigkeiten v1, v2. Stoßen die beiden Körper zusammen dann ist der Impuls des Systems = const. Also: Impuls_vorher = Impuls_nachher.

Beispiel nicht elstischer Stoß (z.B. Torwart fängt einen Ball). Bei diesem Stoß haben die beteiligten Massen nach dem Stoß die gleiche Geschwindigkeit. Der Impulssatz lautet dann:

m1 * v1 + m2 * v2  = (m1 + m2) * v_nachher und es läßt sich v:_nacher ausrechnen

Energiesatz

Wieder ein abgegrenzetes System und für dieses gilt:

Energie_vorher - Energie_nacher = Änderung der Energie

Beispiel bremsendem Auto der Masse m und der Geschwindigkeit v werde durch einen Bremsvorgang die Energie E_brems entzogen. dann gilt

1/2 * m * v_vorher^2 - 1/2 * m * v_nachher^2 = Energie_brems.

>> daraus v_nacher berechnen

Antwort
von Syrinxxxx, 13

Der Impulserhaltungssatz ist einer der wichtigsten Erhaltungssätze der Physik und besagt, dass der Gesamtimpuls in einem abgeschlossenen System konstant ist. „Abgeschlossenes System“ bedeutet, dass das System keine Wechselwirkungen mit seiner Umgebung hat.

Energieerhaltungssatz bezeichnet. Er lautet: In einem abgeschlossenen System ist die Summe aller Energien konstant. Die Gesamtenergie bleibt erhalten.

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