Was ist die richtige Lösung (Physik)?
Frage:
Ein offener Güterwagen rollt reibungsfrei unter einem vertikal einfallenden Regenschauer, wobei eine beträchtliche Regenmenge in den Wagen fällt und sich ansammelt. Denke über die Wirkung der sich ansammelnden Regenmenge auf Geschwindigkeit und Impuls des Wagens nach
Antwort Möglichkeiten:
- Geschwindigkeit und Impuls nehmen zu
- Geschwindigkeit und Impuls nehmen ab
- Geschwindigkeit und Impuls bleiben gleich
- Geschwindigkeit nimmt zu und Impuls bleibt gleich
- Geschwindigkeit nimmt zu und Impuls nimmt ab
- Geschwindigkeit nimmt ab und Impuls bleibt gleich
- Geschwindigkeit nimmt ab und Impuls nimmt zu
- Geschwindigkeit bleibt gleich und Impuls nimmt zu
- Geschwindigkeit bleibt gleich und Impuls nimmt ab
- Kann man mit den gegebenen Informationen nicht sagen
2 Antworten
Nummer 6. Geschwindigkeit nimmt ab und der Impuls bleibt gleich.
Geschwindigkeit, Masse, Impuls Wagen: vW, mW, pW = vW * mW
Geschwindigkeit, Masse, Impuls Regen: vR, mR, pR = vR * mR
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Der Impuls ist eine gerichtete (vektorielle) Grösse. Deshalb kann man Impulse nicht wie Skalare addieren oder subtrahieren.
Der Regen bewegt sich in vertikaler Richtung, daher besitzt er keinen Impuls in horizontaler Richtung. Deshalb hat pR keinen Einfluss auf pW, und pW bleibt konstant. Der Impuls des Regens hat nur Einfluss auf die Schienen in Form eines unelastischen Stosses. Daher gilt:
pW = vW * mW = vWNeu * (mW + mR)
vWNeu = (vW * mW)/(mW + mR)
Offensichtlich gilt vWNeu < vW
Die Verringerung der Geschwindigkeit des Wagens kann man auch so erklären: das Regenwasser muss auf die Geschwindigkeit des Wagens beschleunigt werden.
Daraus folgt:
- der Impuls des Wagens bleibt konstant
- Geschwindigkeit des Wagens sinkt
- die Masse des Wagens steigt
P.S. (zum besseren Verständnis)
Lässt man das Wasser wieder ablaufen, wird der Impuls des Wagens dagegen geringer, weil pR und pW nun in dieselbe Richtung zeigen. Weil jedoch die Masse des Wagens sinkt, bleibt die Geschwindigkeit des Wagens beim Ablassen des Wassers konstant.