Inelastischer Stoß und Impulserhaltung
1 · Vorhersagen
Ein sich bewegender Ball prallt gegen einen schwereren stationären Ball und beide bewegen sich gemeinsam davon. Bleibt der Impuls erhalten, obwohl kinetische Energie verloren geht?
- Sowohl Impuls als auch kinetische Energie bleiben erhalten
- Der Impuls bleibt erhalten, die kinetische Energie jedoch nicht
- Weder Impuls noch kinetische Energie bleiben erhalten
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die inelastische Kollisionssimulation und drücken Sie Zurücksetzen.
- Aktivieren Sie die KE-Sonden an Ball A und Ball B.
- Stellen Sie unten die Anfangsgeschwindigkeit von Ball A für jeden Versuch ein, drücken Sie „Play“ und notieren Sie die gemeinsame Geschwindigkeit, mit der sich beide Bälle unmittelbar nach der Kollision bewegen.
3 · Daten sammeln
| Masse der Kugel A m₁ (kg) | Masse der Kugel B m₂ (kg) | Anfangsgeschwindigkeit von Ball A v₁ (m/s) | Anfangsimpuls p = m₁v₁ (kg·m/s) | Kombinierte Geschwindigkeit nach Kollision (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 4.00 | 6.00 | ||
| 1.00 | 4.00 | 10.00 | ||
| 1.00 | 4.00 | 14.00 |
Tragen Sie die kombinierte Endgeschwindigkeit (y-Achse) gegen den Anfangsimpuls p (x-Achse) auf.
4 · Auswerten
- Zeigen Sie Ihre Arbeit zur Berechnung des Anfangsimpulses p = m₁v₁ für einen Versuch und vergleichen Sie ihn mit der Simulationsanzeige für denselben Versuch.
- Sagen Sie anhand der Gesamtmasse (m₁ + m₂) und der Impulserhaltung die Endgeschwindigkeit voraus und vergleichen Sie sie mit Ihrem aufgezeichneten Wert. Wie knapp ist das Spiel?
5 · Vertiefen
- Berechnen Sie die kinetische Energie unmittelbar vor und unmittelbar nach der Kollision (unter Verwendung der kombinierten Endgeschwindigkeit und Gesamtmasse). Wo ist die fehlende kinetische Energie geblieben?
- Diese Kollision ist nicht vollkommen unelastisch (Restitution ≈ 0.05, nicht genau 0). Würden Sie erwarten, dass die tatsächliche Endgeschwindigkeit etwas höher oder niedriger als die ideale Vorhersage ist? Erklären.
Die Physik hinter diesem Experiment
Schwung
Die Menge, die bei jeder Kollision, einschließlich dieser, erhalten bleibt. Ball B beginnt im Ruhezustand, sodass der Gesamtimpuls des Systems vor dem Aufprall nur dem Impuls m₁v₁ von Ball A entspricht.
Kinetische Energie
Im Gegensatz zum Impuls bleibt die kinetische Energie bei einer inelastischen Kollision nicht erhalten – ein Vergleich der gesamten KE vor und nach der Kollision zeigt, wie viel Energie durch Verformung und Wärme verloren ging.