Physik · P12 · Energie- und Impulserhaltung
Rückstoß: Federwagen und Rakete
Ruhen zwei Körper anfangs, ist ihr Gesamtimpuls null, und er bleibt es: Stoßen sie sich voneinander ab, fahren sie in entgegengesetzte Richtungen, und zwar so, dass sich ihre Impulse p = m · v aufheben. Prüfe das mit zwei Federwagen und sieh dann zu, wie ein Raketenwagen Stück für Stück schneller wird.
So gehst du vor
- 1Federwagen: Stelle die Massen ein (Zusatzgewichte), wähle die Feder und tippe „Faden durchbrennen“.
- 2Lies die beiden Dunkelzeiten ab und übernimm sie in die Tabelle. Rechne mit v = bΔt die Geschwindigkeiten aus (b = 10 cm). Die Ortsachse x zeigt nach rechts: Wagen 1 fährt nach links, seine Geschwindigkeit ist negativ.
- 3Berechne die Impulse und ihre Summe selbst. Erst dann „Geschwindigkeiten und Impulse zeigen“.
- 4Raketenwagen: Stoße Kugel für Kugel aus oder öffne das Ventil der Gasflasche und beobachte Geschwindigkeit und Impulsbilanz.
Versuchsaufbau
Lichtschranke 1
– ms
Lichtschranke 2
– ms
Angezeigt wird die Zeit, in der die Fahne (Breite 10 cm) den Lichtstrahl unterbricht; der Pfeil gibt die Fahrtrichtung an. Ein Wagen ohne Zusatzgewicht hat 250 g, jedes Zusatzgewicht 250 g.
Masse m1 (Wagen 1)
500 gMasse m2 (Wagen 2)
1 000 gFeder
Messtabelle: Dunkelzeiten in ms
| Nr. | m1 in g | m2 in g | Feder | Δt1 in ms | Δt2 in ms |
|---|
Aufträge
- Federwagen mit m1 = 500 g und m2 = 1000 g: Bestimme v'1 und v'2 und zeige, dass m1 · v'1 + m2 · v'2 ≈ 0 gilt. Welcher Wagen ist schneller?
- Mach einen Wagen doppelt so schwer wie den anderen. In welchem Verhältnis stehen die Geschwindigkeiten? Ändert die harte Feder etwas daran, dass p'1 + p'2 ≈ 0 ist?
- Bestimme mit einem Rückstoßversuch die Masse von Wagen X. Löse erst danach auf.
- Raketenwagen, 1000 g leer, 6 Kugeln zu je 100 g, u = 2 ms: Berechne die Geschwindigkeit nach der ersten Kugel und prüfe. Vergleiche dann „einzeln“ mit „alle auf einmal“. Was bringt mehr?