Ein Thema der Physik des „Massenpunktes“ und der Photonen

1. Ein Thema der Physik des „Massenpunktes“und der Photonen Impuls und Impulserhaltung

2. Inhalt • Impuls und Kraft • Impulserhaltung • Impulsaustausch zwischen Massen bei elastischem und inelastischemStoß

3. Mechanik der Massenpunkte und Photonen • Schwerpunkt und Masse • Newton-Axiome • Energieerhaltung • Impulserhaltung • Anwendung: • Stoß zwischen „Massenpunkten“ • Elastischer- • inelastischer Stoß • Stoß zwischen Materie und Photonen: Der Compton Effekt

4. Definition des Impulses

5. Änderung des Impulses: Die Kraft In dem Kasten wirkt eine Kraft beschleunigend auf die Masse

6. Unterschiedliche Zeiten zur Änderung des Impulses In welchem Kasten wirkt die größere Kraft beschleunigend auf die Masse?

7. Zeitliche Ableitung des Impulses: Die Kraft

8. Umkehrung: Impuls Änderung über einen „Kraftstoß“

9. Anmerkung zu Impulsänderung und Kraft Hohe Beschleunigung • Wenn sich die Geschwindigkeit schnell ändert, dann treten auch bei kleinen Impulsen, d.h. kleinen Massen oder kleinen Geschwindigkeiten, hohe Kräfte auf • Anwendung in Sicherheitssystemen in Fahrzeugen: • Die Zeit zum Abbremsen wird verlängert: Die zeitliche Ableitung des Impulses wird dadurch kleiner, die Kräfte auf die Personen verkleinern sich um den Faktor des Zeitgewinns

10. Der Impulserhaltungssatz • Wirken auf ein abgeschlossenes System von Massenpunkten keine äußeren Kräfte, dann bleibt die Summe der Impulse zeitlich konstant Impuls- und Energieerhaltung sind bei allen Vorgängen in der Natur erfüllt Daneben gibt es (nur) noch Erhaltungssätze für Teilchenzahlen

11. Elastischer Stoß • Beim elastischen Stoß bleibt die Summe der kinetischen Energie vor und nach dem Stoß konstant • Die Summe der Impulse vor dem Stoß ist gleich der nach dem Stoß

12. Inelastischer Stoß • Beim inelastischen Stoß ist die Summe der kinetischen Energie vor dem Stoß größer als nach dem Stoß – ein Teil der Energie wurde in eine andere Energieform umgewandelt, • z. B. in Wärme • Die Summe der Impulse vor dem Stoß ist gleich der nach dem Stoß

13. Elastisch, inelastisch • Immer ist die Summe der Impulse vor gleich der nach dem Stoß Aber: • Beim elastischen Stoß bleibt die Summe der kinetischen Energie vor und nach dem Stoß konstant • Beim inelastischen Stoß ist kinetische Energievor und nach dem Stoß unterschiedlich: • Ein oder mehrere Partner haben kinetische Energie entweder absorbiert oder hinzu gebracht, d. h. gegen eine andere Art der Energie ausgetauscht

14. Zusammenfassung • Der Impuls ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit p = m · v [mkg/s] • Die Impuls Änderung ist das Produkt Kraft mal Zeit Δp = F · Δ t [mkg/s] • Die Kraft ist der Quotient Impuls Änderung durch ZeitF =Δp / Δ t • Es gilt die Impulserhaltung: Wirken auf ein abgeschlossenes System von Massenpunkten keine äußeren Kräfte, dann bleibt die Summe der Impulse zeitlich konstant • Zusätzlich gilt die Energieerhaltung: • Elastischer Stoß: Es wird nur kinetische Energie ausgetauscht • Inelastischer Stoß: Am Energie-Austausch ist nicht ausschließlich kinetische Energie beteiligt, es erscheint z. B. auch Wärme

15. finis