4. Impuls und Impulsstrom

4.2 Impulsbilanzen
1. Wagen 1 bewegt sich mit 1m/s nach rechts. Wieviel Impuls hat er?
Er stößt gegen Wagen 2 und bleibt mit diesem verbunden. Wieviel Impuls haben beide Wagen zusammen?
Welche Geschwindigkeit haben sie?
Wieviel Impuls haben Wagen 1 und 2 einzeln?

2. Die Wagen werden beschleunigt, indem rechts am Seil gezogen wird. Dabei zeigt der Kraftmesser einen Impulsstrom von 20 N an. Wieviel Impuls hat der vordere Wagen nach 7 s, wieviel hat der hintere Wagen nach 7 s? (Nimm Reibungsfreiheit an.)
Welcher Impulsstrom fließt beim Beschleunigen durch die Kupplung zwischen den beiden Wagen?

 

3. Willy (70 kg) und Lilly (52 kg) sind mit Inline-Skates unterwegs. Willy steht still, Lilly kommt mit 4,5 km/h von hinten angefahren und hält sich an Willy fest. Mit welcher Geschwindigkeit rollen sie beide weiter? (Angabe wieder in km/h)

4. Willy und seine kleine Schwester Milly stehen auf Skateboards. Über eine Schnur, die um Millys Hüfte liegtt, zieht Willy an Milly, und zwar so, dass ein Impulsstrom von 150 Newton fließt.
(a) Um wie viel ändert sich der Impuls von Milly und ihrem Skateboard innerhalb von 2 Sekunden?
(b) Wie groß ist die Impulsänderung von Willy und dessen Skateboard in derselben Zeit? Begründung!
(c) Legen beide dieselbe Strecke zurück, bis sich die Skateboards treffen? Begründung!
Reibungseinflüsse können vernachlässigt werden.

Lösung:

(a) Δp_Milly = F · Δt = 150 N · 2 s = 300 Hy
(b) Δp_Willy = – 300 Hy (Der gesamte Impuls von Milly und Lilly muss gleich bleiben, nämlich wie am Anfang gleich 0 Hy.
(c) Nein. Milly legt eine größere Strecke zurück. Weil Ihre Masse kleiner ist, ist der Betrag ihrer Geschwindigkeit größer und damit auch der zurückgelegte Weg

5. Ein Zug der Masse 400 t steht auf waagrechter Strecke. Die Motoren der Lokomotive pumpen nun Impuls in den Zug hinein, und zwar fließt 3 Minuten lang ein Impulsstrom von 40 kN.
(a) Wie viel Impuls ist dann insgesamt in den Zug hineingepumpt worden?
Der Zug hat nach diesen 3 Minuten eine Geschwindigkeit von 50 km/h.
(b) Wie viel Impuls hat der Zug nach 3 Minuten? Vergleiche mit dem vorher berechneten Impulswert und erkläre.
(c) Wie groß ist während der 3 Minuten ungefähr die Beschleunigung?
(d) Eine viertel Stunde später fährt der Zug mit konstanter Geschwindigkeit. Die Motoren arbeiten immer noch. Was kann man zum Impulsstrom sagen?

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6. Ein gut gelagerter Wagen wird beschleunigt, indem man an ihm zieht. Ein Kraftmesser zeigt, dass ein Impulsstrom von 30 N in den Wagen fließt. Es wird 10 Sekunden lang gezogen. Wie groß ist die Endgeschwindigkeit? (Der Wagen wiegt 50 kg.)

7. Ein Lastzug fährt aus dem Stand an. Sein Impuls nimmt gleichmäßig zu. Nach fünf Sekunden hat die Zugmaschine 20 000 Hy, der Anhänger 30 000 Hy. Wie groß ist bei diesem Vorgang der Impulsstrom in die Zugmaschine und der von der Zugmaschine zum Anhänger? (Reibung soll vernachlässigt werden.)

8. Ein Auto wiegt 1200 kg; es fährt mit einer Geschwindigkeit von 90 km/h. Beim Abbremsen auf trockener Fahrbahn kommt es nach einer Bremszeit von 5 s zum Stillstand.

Wieviel Impuls gibt das Auto dabei im Mittel in jeder Sekunde an die Erde ab?

Die Bremsen sind so eingerichtet, dass etwa 60 % des Impulses über die Vorderräder abfließt und 40 % über die Hinterräder. (Warum?) Wie groß ist in unserem Fall der Impulsstrom über die einzelnen Räder?

Auf schneeglatter Fahrbahn ist der maximale Impulsstrom über alle vier Räder zusammen nur 2 kN.
Welchen Impuls hat das Auto dann nach einer Bremszeit von 5 Sekunden? Wie groß ist seine Geschwindigkeit?

9. (a) Ein Knetklumpen der Masse 200 g fliegt mit einer Geschwindigkeit von 6 m/s senkrecht gegen eine Wand. Nach dem Aufprall haftet der Knetklumpen an der Wand.
Wieviel Impuls hatte er vor dem Auftreffen?
Was passiert mit dem Impuls beim Aufprall?

(b) Ein elastischer Ball der Masse 200 g prallt mit der Geschwindigkeit 6 m/s senkrecht gegen eine Wand. Wie viel Impuls gibt der Ball an die Wand ab?