Impulsbevarelse
Impuls måler, hvor svært det er at stoppe noget, der bevæger sig — den afhænger af både masse og hastighed. Når objekter i et lukket system støder sammen eller skubber fra hinanden, kan impuls overføres fra det ene objekt til det andet, men den samlede mængde ændrer sig aldrig. Derfor kan en hurtig, tung bold sende en let hvilebold flyvende og samtidig næsten ikke selv sakke af.
Formlen
p = m · v
- p — impuls (kg·m/s): hvor meget bevægelse et objekt bærer med sig
- m — masse (kg): hvor meget stof objektet indeholder
- v — hastighed (m/s): hvor hurtigt objektet bevæger sig, og i hvilken retning
Udregnet eksempel
En 3 kg-vogn, der bevæger sig med 4 meter pr. sekund, kører ind i en 1 kg-vogn i hvile, og de hænger sammen bagefter. Hvor hurtigt bevæger de sig efter stødet?
- m₁ = 3 kg
- v₁ = 4 m/s
- m₂ = 1 kg
- m₁ · v₁ + m₂ · v₂ = (m₁ + m₂) · v
- 3 kg · 4 m/s + 1 kg · 0 m/s = (3 kg + 1 kg) · v
v = 3 m/s
Test dig selv
Den samme 3 kg-vogn, der bevæger sig med 4 meter pr. sekund, kører nu ind i en tungere 3 kg-vogn i hvile, og de hænger sammen. Hvad er deres fart efter stødet?
- 3 m/s
- 6 m/s
- Korrekt svar: 2 m/s
Rigtigt! Impulsen før er 3 kg × 4 m/s = 12 kilogrammeter pr. sekund, delt over en samlet masse på 6 kg, hvilket giver 2 meter pr. sekund.
To identiske 2 kg-vogne ruller mod hinanden, hver med 3 meter pr. sekund, støder frontalt sammen og hænger sammen. Hvad er deres impuls lige efter stødet?
- Korrekt svar: Nul
- 12 kilogrammeter pr. sekund
- 6 kilogrammeter pr. sekund
Præcis! Deres impulser er ens og modsatrettede, 6 kilogrammeter pr. sekund hver vej, så de udligner hinanden: 6 minus 6 er nul — vognene stopper fuldstændigt.
Hvor du ser det
En parkeret bil bliver skubbet fremad, når den rammes bagfra, og Newtons vugge overfører bevægelse fra en ende til den anden næsten perfekt — begge er momentum, der overføres fra et objekt til et andet. En raket virker endda ved at kaste udstødningsgas bagud, så det samlede momentum for raket-plus-gas forbliver uændret.
Almindelige fejl
Studerende forventer ofte, at et tungere objekt "vinder" et sammenstød ved at bevare mere af dets hastighed — hvad der faktisk bevares, er det samlede momentum (masse gange hastighed) for hele systemet, ikke hastigheden af nogen enkelt genstand, og et tungt langsomt objekt kan overføre meget momentum til et let hurtigt. Det er også let at glemme, at momentum har en retning: to lige store og modsatte momenta annullerer til nul, de adderer ikke.
Sådan hænger det sammen
Momentumbevarelse er Newtons anden og tredje lov — lige og modsat kraft under et sammenstød — anvendt over tid på et par objekter i stedet for et. Energibevarelse er et andet, parallelt regnskabsværktøj til samme sammenstød; tilsammen lader de to dig løse næsten enhver sammenstød uden at kende de involverede kræfter overhovedet.