Impulserhaltung, wenn etwas umkippt

bk90 · Anmeldungsdatum: 09.07.2013 Beiträge: 15

Hi, habe mich gefragt was mit dem Impuls geschieht, wenn man mit einem Gummigeschoss auf ein Objekt schießt, dieses aber dann nur fast umgekippt wird und sich dann wieder zurückbewegt in seinen Ausgangszustand?

An der Stelle, wo das Objekt nun kurz stehen bleibt und somit v=0 ist bevor es wieder "zurückkippt", müsste der Impuls des Objekts ja logischerweise 0 Ns betragen... Wo ist der Impuls hin (Impulserhaltungssatz)?

Das einzig logische wäre an die Luft? Wenn ja, dann würde sich die Luftteilchen ja mit einer immensen Geschwindigkeit wegbewegen, da ja ihre Masse so viel geringer ist? Oder wird der Gesamtimpuls einfach auf mehrere "Impulshäppchen" für jedes Luftteilchen in unmittelbarer Nähe des Objekts aufgeteilt?

Wenn ja, geben diese ja wiederrum an ihre benachbarten Luftteilchen ihren Impuls weiter usw... Was wäre dann wenn sich dieser Impuls somit immer weiter von der Erde weg "weiterbewegt"? Heißt das, dass dadurch im Endeffekt irgendein Teilchen am Rande unserer Atmosphäre in den Weltraum herausgeschubbst wird?

Oder befindet sich einfach irgendwo ein Denkfehler in meiner Ereignisskette?

Vielen Dank!

Liebe Grüße

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8582

Kleiner Tipp:
In etwas abgewandelter Form, kannst Du Deine Frage auch auf ein normales Fadenpendel anwenden: Wieso pendelt es hin und her?

bk90 · Anmeldungsdatum: 09.07.2013 Beiträge: 15

Stimmt, ist im Endeffekt das gleiche.
Diesen Frage würde ich mir mit dem Energieerhaltungssatz erklären: ständige Umwandlung von kinetischer in potentieller Energie und umgekehrt.
Jedoch antworten mit dem Impulserhaltungssatz?
Hatten in der Schule aus Zeitgründen das Thema "Impuls" nur im Schnelldurchgang behandelt und das merkt man wohl.

Grüße

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8582

Die Energie ist natürlich erhalten (sofern man Reibung vernachlässigen kann).

Der Gesamtimpuls ist erhalten, falls keine äußere Kraft auf das System wirkt. Dies ist beim Pendel (oder deinem kippenden Block) nicht der Fall.

bk90 · Anmeldungsdatum: 09.07.2013 Beiträge: 15

Auch wenn man die Reibung nicht vernachlässigt, bleibt die Gesamtenegie auch erhalten, nur irgendwann steht das Pendel eben, da ja auch immer Reibungsarbeit zusätzlich geleistet wurde oder?

Aber was passiert denn mit dem Impuls des Pendels an seinem höchsten Punkt? Wird der Impuls im Verlauf des Hochbewegens des Pendels nirgends weitergegeben und löst sich somit "in Luft auf"? Wieso trifft der ImpulsERHALTUNGSsatz hier nicht zu?
Ist der Impulserhaltungssatz folglich nicht so universell und allgemein gültig wie der Energieerhaltungssatz?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8582

Systemdynamiker · Anmeldungsdatum: 22.10.2008 Beiträge: 594 Wohnort: Flurlingen

Erhaltungssätze genügen nicht, um die Frage zu beantworten, wie etwas mit was passiert. Nehmen wir an, der Pendelkörper bewege sich im Moment horizontal in x-Richtung, die z-Richtung zeig nach unten. Dann fliesst im Moment aus dem Gravitationsfeld z-Impuls mit der Stärke mg zu und sofort über das Seil weg. Weil der z-Impulsinhalt des Körpers im Moment abnimmt, fliesst mehr z-Impuls über das Seil weg als vom Gravitationsfeld her zufliesst. Das kann man dann als Gleichung formulieren:

F_G - F_S = dp_z/dt = m*dv_z/dt

In horizontaler Richtung bleibt der x-Impuls im Moment erhalten. Im weiteren Verlauf des Prozesses stellt sich das Seil langsam schief und es fliesst sowohl z-Impuls als auch x-Impuls durch das Seil weg. Die beiden Impulsströme sind so gekoppelt, dass im Seil keine Biegung entsteht.

Die Energie ist dann nur noch eine Buchhaltungsgrösse, die man der Impulsblanz überlagern kann. Weil dieser Prozess mechanisch ziemlich komplex ist, weicht man auf die Energieerhaltung aus. Das funktioniert so lange, bis halt ein Schüler fragt, was mit dem Impuls bei der Pendelbewegung passiert.

Eine andere, auch schwierige Frage betrifft die Beschleunigung. Wie sieht die Beschleunigung bei einer Pendelbewegung aus? Wir haben das mal bei einer Vordiplomprüfung gefragt, aber ich werde das wohl sein lassen.

Beschleunigung beim Pendel: https://www.youtube.com/watch?v=Omnw4iNaxPc

Beschleunigungsmessung beim Pendel: https://www.youtube.com/watch?v=C7e6HafD-cA

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8582

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

Systemdynamiker · Anmeldungsdatum: 22.10.2008 Beiträge: 594 Wohnort: Flurlingen

Die Frage nach der Beschleunigung beim Fadenpendel haben wir 1990 an einer Vordiplomprüfung gestellt. Damals unterrichteten wir noch recht klassisch. Wenn jemand Lust hat, kann er die Frage nach der Beschleunigung bei einer Pendelbewegung in ausgewählten Punkten selber mal an einer Prüfung stellen (ohne sie vorher einzuüben). Für Überraschung ist gesorgt.

In einem Forum kann man die Fragenden zum Schweigen bringen, indem man von Noether-Theorem und ähnlichem schwatzt. Ich habe mich für den pragmatischen Weg entschieden und schnell ein systemdynamisches Modell gemacht. Dabei habe ich das Seil als ideale Feder modelliert.

http://youtu.be/A6IETR3n6Xw

zracki · Anmeldungsdatum: 28.05.2013 Beiträge: 59

Ich finde es äußerst unpassend, Schülern/Studenten, die offensichtlich nicht nach dem KPK unterrichtet werden, Impulsströme aufzudrängen.

Hält man sich das Gutachten der DPG vor Augen ist es eigentlich sogar eine Irreführung.

bk90 · Anmeldungsdatum: 09.07.2013 Beiträge: 15

Ehrlich gesagt sagt mir von der einen Fraktion leider der Begriff Impulsströme, wie auch auf der anderen Seite der Begriff Noether-Theorem nichts.

Ich (auf dem Wissensstand nach dem Abitur) war lediglich auf der Suche nach er einer (möglichst meinem aktuellen Wissensstand entsprechenden) Antwort auf die Frage, wohin der Impuls eines fast umkippenden Objekts in seinem "Höchststand" weitergegeben wird (oder eben bei einem Fadenpendel, wenn die Auslenkung seinen Höchsstand erreicht hat).

Was mir nun durch die Beiträge von euch klar wurden, ist dass wohl (ein Teil oder der ganze Impuls?) sozusagen im Verlauf des erreichen des "Höchststands" an die Aufhängung (oder im Fall mit dem Objekt, dass der Impuls über den noch übrigen Kontaktpunkt mit dem Boden, also auch dem Punkt an dem sich das Objekt ja dreht während dem "fast" umfallen) letztendlich an die Erde abgegeben wird und somit ja der Impuls im Ganzen erhalten bleibt?
Stimmt das so?

An die Moleküle in der Luft in der unmittelbaren Umgebung wird ja sicherlich auch ein Teil des Impulses weitergegeben oder? Dieser dann seinen Impuls an das nächste Molekül in der Luft weitergegeben wird usw...? Das dann letztendlich irgendein Molekül am Rand der Atmosphäre ins All geschubbst wird?

Oder ist das einfach nur Schmarn?

Danke aber für alle bisher geschriebenen Beiträge, vor allem auch für das extra hochgeladene Video auf YouTube, zu welchem mir aber leider zum Teil der Durchblick fehlte.

Grüße

Huggy · Anmeldungsdatum: 16.08.2012 Beiträge: 785

Systemdynamiker · Anmeldungsdatum: 22.10.2008 Beiträge: 594 Wohnort: Flurlingen

Noch eine Bemerkung zur ursprünglichen Fragestellung. Das Geschoss bringt eine bestimmte Menge Impuls mit. Dieser Impuls (oder mehr, wenn das Geschoss zurück prallt) wird auf den stehenden Körper übertragen. Dieser kippt gegen hinten (eigentlich in Bewegungsrichtung des Geschosses) und wird langsamer. Dabei fliesst der Impuls an die Erde ab. Nach dem Stillstand kippt der Körper zurück. Dabei fliesst nochmals Impuls an die Erde ab, weil jetzt der Impulsinhalt des Körpers negativ wird. Sobald der Körper auf die Standfläche zurück fällt, fliesst wieder Impuls von der Erde zu (der Impulsinhalt des Körpers wächst dabei von einem negativen Wert auf null).

Der Netto-Impulsaustauch mit der Luft heisst Luftwiederstand und ist bei so langsamen Bewegungen zu vernachlässigen.

Um sich den Impulsaustausch mit der Erde vorzustellen, denkt man sich den Körper auf einem leichten Wagen stehend. Der Impuls fliesst dann nicht an die Erde ab sondern an den Wagen, der deshalb eine Art Gegenbewegung zum Klotz ausführt.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

zracki · Anmeldungsdatum: 28.05.2013 Beiträge: 59

Den Tonfall bestimmter Leute im Forum empfinde ich als absolut unpassend.
Oder garantiert einem eine Vorlesungstätigkeit an einer Schweizer FH (die ja in praktisch jedem Thread breitgetreten wird) eine Sonderstellung im Forum, die es auch erlaubt, Beiträge anderer als „schwatzen“ und „Formelturnen“ abzukanzeln?

Man hat mittlerweile den Eindruck dass hier einfach die Popularität dieses Forums genutzt wird, um YouTube-Klicks abzugreifen für die private Größenphantasie einer „Kopernikanischen Wende der Mechanik“.

Dass Eltern, denen das DPG-Gutachten bekannt ist, sich KPK-Nachhilfestunden für ihre Kinder wünschen, wage ich zu bezweifeln.
Das gleiche gilt für Physikstudenten, die hier Fragen stellen.

Es wäre nur fair, hier immer auch auf das DPG-Gutachten hinzuweisen, der Fragesteller kann sich dann selbst entscheiden.

bk90 · Anmeldungsdatum: 09.07.2013 Beiträge: 15

Negativer Impulsinhalt... ist dieser Begriff nur zu finden in der Theorie der Impulsströme oder gibt es einen negativen Impuls auch in der allgemeinen Schulphysik?

Wenn ein Körper keinen Impuls besitzt, kann er doch nicht weniger Impuls haben als gar keinen Impuls?

Ok es gibt ja negative Geschwindigkeiten, die sich ja dann aber auf ein Koordinatensystem in beispielsweiser negativer x-Richtung beziehen, aber ein negativer Impuls? Ein Körper kann ja auch keine negative Energie besitzen, klar Energie ist im Gegensatz zum Impuls kein Vektor aber kann mir trotzdem nichts unter einem negativen Impuls vorstellen?

zracki · Anmeldungsdatum: 28.05.2013 Beiträge: 59

Es gibt natürlich negativen Impuls (z.B. v in negative Richtung), soetwas wie "negativen Impulsinhalt" verbreitet dagegen nur der sogenannte "Karlsruher Physikkurs" und seine Anhänger.

Die gesamte restliche Physikergemeinde lehnt den KPK inklusive dieses Begriffes ab.
Siehe dazu diese Stellungnahme der Deutschen Physikalischen Gesellschaft:

https://www.dpg-physik.de/veroeffentlichung/stellungnahmen_gutachter/index.html

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

Es ist ermüdend, ständig darauf hinzuweisen, dass diese sogenannte Systemdynamik sowie die Vorgehensweise des KPK nicht allgemein akzeptiert ist. Es ist auch lästig, immer wieder betonen zu müssen, dass Ungereimtheiten, Begriffsverwirrungen, Privatterminologien etc. diese Ansätze grundlegend entwerten. Viel wichtiger ist jedoch, dass diese Ansätze offensichtlich kein Potential besitzen, um tatsächlich moderne Physik zu betreiben. Feldtheorie? Symmetrien? Quantenmechanik? Statistische Mechanik? Fehlanzeige!

Aber meine Vorredner haben natürlich recht, die Tatsache, dass man das so scheinbar unschuldig in die Diskussionen hineinschummelt, zwingt uns dazu, immer wieder darauf hinzuweisen, dass das hier fehl am Platz ist.

Deswegen ein Vorschlag an die Moderatoren: Diskussionen über "nicht akzeptierte Lehrmeinungen" sollten - als solche kenntlich gemacht - in einem separaten Unterforum stattfinden, im Hauptforum werden solche Beiträge gelöscht (oder verschoben); das ist eigtl. in vielen Foren Usus.

Huggy · Anmeldungsdatum: 16.08.2012 Beiträge: 785

Hans Brix · Anmeldungsdatum: 30.04.2013 Beiträge: 55