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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

  1. 1Federwagen: Stelle die Massen ein (Zusatzgewichte), wähle die Feder und tippe „Faden durchbrennen“.
  2. 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.
  3. 3Berechne die Impulse und ihre Summe selbst. Erst dann „Geschwindigkeiten und Impulse zeigen“.
  4. 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 g

Masse m2 (Wagen 2)

1 000 g

Feder

Messtabelle: Dunkelzeiten in ms

Nr.m1 in gm2 in gFederΔt1 in msΔt2 in ms

Aufträge

  1. 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?
  2. 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?
  3. Bestimme mit einem Rückstoßversuch die Masse von Wagen X. Löse erst danach auf.
  4. 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?