Ein Wagen fährt gegen einen Federpuffer, der an der Wand befestigt ist. Kann jemand die Wege von Impuls und Energie bei diesem Vorgang erläutern? (Physik)?
Danke im Voraus.
1 Antwort
Der Wagen hat eine gewisse Geschwindigkeit v und eine Masse m. Wenn er sich auf den Puffer zu bewegt, dann hat er auch einen Impuls
p = m v
und eine kinetische Energie
E_kin = ½ m v² .
Stößt er gegen den Puffer, so werden die Federn dort den Wagen bremsen. Die Federn haben eine Federkonstante k. Werden sie die Strecke x eingedrückt, so ist die Kraft
F = k x
und die in der Feder gespeicherte Energie
E_f = ½ k x² .
Irgendwann wurde der Wagen komplett abgebremst, die Feder hat die komplette Energie aufgenommen, wir haben also
E_kin = E_f
und der Wagen steht komplett. Der Impuls ist hier etwas trickreich. Die feste Wand hat den komplett aufgenommen, der ist scheinbar verschwunden. Der Gesamtimpuls muss allerdings immer erhalten bleiben, wo ist er also? Die komplette Erde hat den Impuls aufgenommen und rotiert ein winziges bisschen anders. Der Impuls ist also noch da, nur woanders.
Die Federn drücken den Wagen nun zurück, die Energie wird von den Federn wieder an den Wagen gegeben. Der Impuls kommt von der Erde auch zurück, die Erde wird vom Wagen in die entgegengesetzte Richtung abgestoßen. Am Ende hat der Wagen den Impuls p = - m v, weil sich die Richtung nun umgekehrt hat.