4. Impuls und Impulsstrom

4.1 Der Weg des Impulses
1. Der ICE 1 hat zwei „Triebköpfe“: einen, der zieht und einen hinten, der schiebt. Skizziere den Weg des Impulses bei voller Fahrt nach rechts (positive Richtung) und nach links (negative Richtung).

Lösung:

2. Beschreibe den Weg des Impulses
    – bei einem Schiff, das mit einer Schraube angetrieben wird;
    – bei einem Segelschiff.

Lösung:

Annahme: die Schiffe fahren nach rechts, in die positive x-Richtung

    – Die Schraube pumpt Impuls aus dem Wasser ins Schiff. Von dort geht er durch Reibung wieder
      zurück ins Wasser.
    – Über die Segel geht Impuls aus der Luft ins Schiff. Von dort geht er durch Reibung ins Wasser.

3. (a) Das Fahrzeug rollt nach rechts. Von oben fällt ein Klotz darauf. Was passiert mit dem Impuls von Klotz und Fahrzeug?
(b) Das Fahrzeug rollt nach links. Von oben fällt ein Klotz darauf. Was passiert mit dem Impuls von Klotz und Fahrzeug?
(c) Der Klotz schlittert über das zunächst ruhende Fahrzeug nach links. Was passiert mit dem Impuls von Klotz und Fahrzeug?

Lösung:
(a) Es geht (positiver) Impuls vom Fahrzeug in den Klotz. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nimmt ab, die des Klotzes nimmt zu – bis beide Geschwindigkeiten gleich sind.
(b) Es geht (positiver) Impuls from Klotz in das Fahrzeug. Da das Fahrzeug negativen Impuls hat, nimmt der Betrag seines Impulses, und damit auch der Betrag seiner Geschwindigkeit, ab. Der Impuls des Klotzes nimmt immer größere negative Werte an. Der Betrag seiner Geschwindigkeit nimmt zu.
(c) Es geht negativer Impuls vom Klotz ins Fahrzeug. Das ist gleichbedeutend mit: Es geht positiver Impuls vom Fahrzeug in den Klotz.

4. Der Wagen wird nach links gezogen. Er rollt reibungsfrei. Skizziere den Weg des Impulses.

Lösung:

5. Ein Auto rollt nach links (in die negative x-Richtung) auf ebener Strecke aus. Von wo nach wo geht der Impuls?
Hierfür ist eine Regel zuständig. Wie lautet sie? Ist sie hier auch erfüllt?

Lösung:
Es fließt (positiver) Impuls aus der Erde ins Auto. Die Regel lautet: Impuls geht von selbst vom Körper höherer zum Körper niedrigerer Geschwindigkeit. Die Regel ist erfüllt, denn wenn man das Vorzeichen berücksichtigt, ist die Geschwindigkeit der Erde höher als die des Autos.

6. Ein Zug, der zunächst in die negative x-Richtung fährt, bremst und beginnt dann sofort, in die positive x-Richtung zu beschleunigen. Skizziere qualitativ in einem Diagramm den Impuls über der Zeit.

Lösung:

7. Die Feder entspannt sich und setzt den Wagen in Bewegung. Von wo nach wo geht der Impuls? Woran erkennt man, wie er fließt?

Lösung:

8. Die Feder links ist gedehnt, die rechts gestaucht. Skizziere den Weg des Impulses.

Lösung:

9. Der linke Körper bewegt sich nach rechts und stößt gegen den rechten, der zunächst ruht. Welcher der beiden Körper hat während des Übertragungsvorgangs die höhere Geschwindigkeit? (Unterscheide: am Anfang und am Ende).
Du hattest die folgende Regel kennen gelernt: „Der Impuls geht von selbst vom Körper mit der höheren Geschwindigkeit ....“ Steht der Vorgang der Abbildung im Widerspruch zu dieser Regel?

Lösung:
Am Anfang hat der linke Körper die höhere Geschwindigkeit, am Ende der rechte. In der zweiten Hälfte des Übertragungsvorgangs geht der Impuls von dem Körper mit der niedrigeren zu dem mit der höheren Geschwindigkeit. Das steht nicht im Widerspruch zur zitierten Regel, denn der Impuls geht hier nicht „von selbst“ vom einen zum anderen Körper; die gestauchte Feder wirkt als Impulspumpe.

10. Ein Auto wiegt 1200 kg und fährt mit 80 km/h nach links. Ein anderes wiegt 1600 kg und fährt mit 50 km/h nach rechts. Für welches von beiden ist der Wert des Impulses größer? Begründung

Lösung:
Der Wert des Impulses des nach rechts fahrenden Autos ist größer als der des nach links fahrenden, denn jeder positive Wert ist größer als jeder negative.