Ein Thema der Physik des „Massenpunktes“

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

2. Inhalt • Impuls und Kraft • Impulserhaltung • Energie- und Impulsaustausch zwischen Massen bei elastischem und inelastischemStoß • Stoß zwischen Materie und Photonen

3. Mechanik der Massenpunkte • Schwerpunkt und Masse • Newton-Axiome • Impulserhaltung • Energieerhaltung

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

11. Impuls- und Energieerhaltung beim Stoß • Die Summe der Impulse vor und nach dem Stoß bleibt gleich • Die Energie im System bleibt gleich

12. 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

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

14. Elastisch, inelastisch • Immer ist die Summe der Impulse vor gleich der nach dem Stoß Aber: • Beim elastischen Stoß bleibt die kinetische Energie vor und nach dem Stoß konstant • Beim inelastischen Stoß ist kinetische Energie vor 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

15. Versuch: Stoß zwischen zwei gleichen Wagen auf der Luftkissenbahn: • Elastisch • Inelastisch • mit Energie Absorption • mit Energie Zufuhr aus einer Feder

16. Elastischer Stoß: Impulserhaltung

17. Beim elastischen Stoß gleicher Massen ergibt sich – aus der Summe der kinetischen Energien- ein rechtwinkliges Impuls-Dreieck Elastischer Stoß: Energieerhaltung

18. Nicht zentraler elastischer Stoß

19. Nicht zentraler elastischer Stoß (1)

20. Nicht zentraler elastischer Stoß (2)

21. Nicht zentraler elastischer Stoß (3)

22. Versuch nicht zentraler elastischer Stoß • Kleine Kugeln stoßen nicht zentral mit variablem Versatz

23. Physik beim inelastischen Stoß zwischen Teilchen Inelastisch, weil ein Teilchen beim Stoß einen Teil der Energie „absorbiert“, es werde z. B. zur Strahlung angeregt

24. Inelastischer Stoß: Impulserhaltung

25. Inelastischer Stoß: Energieerhaltung

26. Energie und Impuls eines Photons

27. relativistisch Impuls-Erhaltung beim Stoß Photon auf ein ruhendes Elektron: Der Compton-Effekt

28. relativistisch Energie-Erhaltung beim Stoß Photon auf einruhendes Elektron

29. Zusammenfassung • Der Impuls ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit • Die Impuls Änderung ist das Produkt Kraft mal Zeit • Es gilt die Impulserhaltung: Wirken auf ein abgeschlossenes System von Massenpunkten keine äußeren Kräfte, dann bleibt die Summe der Impulse zeitlich konstant • Photonen erscheinen beim Stoß als Teilchen mit Impuls ħω