Experiment: Unelastischer Stoß

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

Ahh ich brauch ganz dringend Hilfe bei folgender Aufgabenstellung:

"Ermitteln Sie die Geschwindigkeit einer waagerecht fliegenden Kugel mit einem unelastischem Stoß."

Dazu sollen wir nun ein Experiment durchführen. Aber völlig ohne Vorgaben.
Also wäre nun meine Frage, wie ich das Experiment überhaupt aufbauen soll?
Und Frage 2: Ein Körper alleine kann doch gar keinen unelastischen Stoß durchführen, oder? Wie ist das gemeint?

Ich wäre euch wirklich dankbar, wenn ihr dazu ne Idee habt. ^^

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

Also was ein unelastischer Stoß ist, weis ich. Halt wenn der eine Körper auf den anderen trifft und sich beide mit der gleichen Gschwindigkeit weiterbewegen.

Also die Kugel ist ja in dem Fall Körper 2 und hat ne Geschwindigkeit von V=0 am Anfang. Aber was der erste Körper sein soll und dann soll die Kugel ja auch noch fliegen - genau das ist mein Problem. Was nehm ich denn am besten, um die Kugel in Bewegung zu setzen. Ne Pistolenkugel kann ich ja nicht nehmen.^^ Vor allem: Die Endgeschwindigkeit richtet sich ja dann nach der Geschwindigkeit des ersten Körpers, der auf die Kugel trifft, oder nicht?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

Nun, wenn ich ganz ehrlich bin, klingt deine Auffassung logischer.
Von dem Standpunkt habe ich das noch gar nicht betrachtet.^^ Also muss ich ja theoretisch die Anfangsgeschwindigkeit berechnen. Nun, das klingt sinnvoll. Aber wie? Hast du da eine Idee?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Magst du da, jetzt wo du verstanden hast, wie die Aufgabenstellung gemeint ist, vielleicht am besten erst mal selber deine Phantasie ein bisschen spielen lassen? Vielleicht auch inspiriert davon, was du selbst für Gerätschaften zur Verfügung hast, um so ein Experiment zu basteln?

Denn ich glaube, wenn der Aufgabensteller dir da keine Vorgaben gemacht hast, dann ist es wohl Absicht, dass du dir da erst mal ein bisschen selbst Gedanken machen solltest smile

Und mal selbst experimentell ausprobierst, wie sowas gehen könnte.

Und diesen Knobel- und Probierspaß möchte ich dir ungern nehmen, indem ich versuchen würde, dir da irgendwelche fertigen Ideen vorzusetzen smile

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

Dazu muss ich dir sagen, dass ich nicht gerade das Physikass bin und leider das ganze eigentlich heute noch irgendwie gelöst haben muss.
Aber ok, denken wir mal nach. Was ich selber für Gerätschaften habe, um sowas zu machen? Uff...also ich wüsste gar nicht womit ich da anfangen soll, was auszuprobieren.

Ich will ja wirklich nicht so da stehen, als ob ich mir darüber keine Gedanken mache oder als ob ich dumm wäre, aber ich glaube ich stehe auf der langen Leitung. Ich brauch nen Tipp. unglücklich

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Na, wenn du einmal 3 Minuten und einmal 7 Minuten zum Antworten brauchst, dann sieht es für mich so aus, als ob du noch gar nicht recht angefangen hast, dich mit deiner Aufgabe zu beschäftigen.

Tipp: Mir scheint es sinnvoller, erst einmal damit anzufangen, darüber nachzudenken, was man da machen könnte, als damit anzufangen, nachzudenken, welche Gerätschaften du dafür brauchen könntest Augenzwinkern

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

http://img254.imageshack.us/img254/2959/stobt0.png

Kann ich die Endgeschwindigkeit überhaupt so berechnen? Und wie soll ich das machen, dass die Körper aneinander "kleben". Ich mein, ich kann das ganze ja nicht auf den Boden rollen, weil da ja die Reibung dann noch eine Rolle spielt. Ich weis wirklich nicht, wie ich das im Flug machen soll. Ich kanns ja nicht abschiessen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

Du hast schon Recht, dass ich ihn theoretisch schon abschiessen kann. Aber mit was denn? Ne Pistole hab ich ja schlecht.^^ Hm gut ja, den zweiten Körper könnte ich schon irgendwo dranmachen, dass er leicht abgeht. Aber wo denn? Und wie soll die Kugel waagerecht fliegen?

Beispiele? Naja z.b. ein Güterwagen fährt einen anderen Güterwagen auf und sie verhaken sich ineinander. Aber das läuft ja auch auf Schienen ab und da ist ja auch Reibung. Ein anderes Beispiel wäre halt das man eine "schwebende" Kugel hat und darauf mit einer Pistole schiesst. Dann bleibt die Pistolenkugel stecken und beide haben die selbe Geschwindigkeit. Das wäre ja theoretisch übertragbar auf mein Experiment! Aber dann wieder die Frage: Wie soll ich das abschiessen und wie soll das aneinander kleben?

Nun gut, da hast du Recht. Das ergibt eigentlich keinen Sinn.^^ Aber ich muss es ja mittels eines unelastischen Stoßes machen und da ich ja dann noch eine Größe zur Berechnung von V1 brauche, muss ich ja irgendwie auf Ve kommen. Und das wäre jetzt meine einzige Idee gewesen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

Für die Schwebeproblematik der 2. Kugel habe ich mir jetzt mal folgendes überlegt:
Man könnte ja einfach 2 Fäden zwischen 2 Stativen spannen und dann die Kugel auf die Fäden legen. Natürlich müsste der Abstand der Fäden so gering wie möglich sein, so das die Kugelunterseite nicht durchhängt.

http://img261.imageshack.us/img261/9614/sto2cw3.png
Wäre das denkbar?

Und beim weitern Verfolgen dieses Gedankens ist mir dann das hier eingefallen: Anstatt eines reelen Fluges könnte ich den Flug ja einfach simulieren! Und zwar so:

Ich baue mir eine lange Bahn, die wieder aus 2 gespannten Fäden besteht. Wenn der Abstand zwischen den Fäden minimal ist, müsste auch die Reibung minimal sein, oder nicht?

http://img368.imageshack.us/img368/9335/sto3yr7.png

Zu dem Aneinanderhängen ist mir jetzt gerade eingefallen, dass man das ja mit Magneten machen könnte. Aber dann wird das Ergebnis durch die gegenseitige Anziehungskraft doch verfälscht oder? Mein Problem ist, dass ich die Kugel nicht vorher irgendwie bearbeiten kann oder etwas an ihr anbringen kann, also ist ne Möglichkeit mit nem Haken oder so ausgeschlossen. Und Steckenbleiben geht ja bei ner Kugel nicht.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

Ja gut, du hast Recht. Fliegen ist glaube ich wichtig.^^ Aber wenn ich eine Schanze wie folgt baue, ist es doch ein schräger anstatt eines waagerechten Wurfs oder?

http://img261.imageshack.us/img261/8449/sto4rv3.png

Und wenn ich die Schanze ohne "Schanze" mache, sondern einfach Gerade, verliert die Kugel doch auch an Höhe. Weil ich kann die Kugel nicht so stark beschleunigen, dass sie kurze Zeit gerade fliegt.

Also wie die zweite Kugel fliegt ist ja jetzt klar, aber wie sie haften sollen und wie ich die erste abschiessen soll...weis ich nit. Weil, Kleber und so klappt ja nicht, wenn die 1. Kugel so schnell ist.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ein bisschen gebogen ist die Flugbahn ja immer. Wichtig ist wohl vor allem, dass die erste Kugel dann horizontal fliegt, wenn sie die zweite trifft.

Ich würde vermuten, eine schön horizontal fliegende erste Kugel dürfte mit der Schanze um so leichter zu machen sein, je schneller die erste Kugel wird und je kürzer ihr Weg von der Schanze zum Treffpunkt ist.

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

Also mein aktueller Versuchsaufbau sieht so aus:

http://img527.imageshack.us/img527/1381/sto5bl5.png

Eine unten waagerechte oder nur leicht gehobene Schanze, um die Flugbahn in der ersten Zeit gerade zu halten. Die Flugzeit beträgt dann auch nur > 1 Sekunde, damit die Kugel wirklich noch waagerecht fliegt. Der Abstand ist dann ungefähr 10 cm würde ich sagen.
Die Geschwindigkeit danach berechne ich natürlich mit einem waagerechten Wurf, oder?
Soweit alles richtig?

Dann hätte ich nur noch 2 Probleme:
1. Wie baue ich ne Schanze aus einfachen Geräten? Bindfadenidee hier auch realisierbar?
2. Wie sollen die Dinger haften? Klebeband, Sekundenkleber oder Klettband waren meine ersten Ideen. Knete ist bei der Geschwindigkeit glaube ich nicht möglich oder? Theoretisch könnte ich auch ein Magnetband um die Kugeln machen, so dass die Kugel 1 egal wie sie auftrifft 100% an Kugel 2 hängt. Hast du noch eine Idee?
EDIT: Ok, du hast dein Post nochmal editiert. Problem: Ich kann es nicht ausprobieren, da ich die Kugeln nicht vorher habe.^^

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

"Richtig" ist wohl das, was du am Ende experimentell zum Funktionieren bringst. smile

Dein Aufbau sieht mir wie eine Möglichkeit aus, mit der das klappen könnte.

Auch 1. würde ich vorschlagen, am besten auszuprobieren. Zur Not reichen vielleicht sogar zwei Bretter und eine Tischfläche, falls sich da nichts eleganteres basteln lässt.

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

Nun gut. Ich werde mir morgen die Kugeln mal anschauen und dementsprechen dann überlegen wie ich das ganze machen kann. Ich hoffe, dass ich das bis Dienstag alles noch irgendwie hinkriege.

Danke erstmal! Du hast mir sehr geholfen. smile

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

So. Weiter gehts!^^

Habe heute nachgefragt und wir haben so ein Abschussgerät in der Schule. Und deswegen hängt die zweite Kugel dann an einem Pendel. Bzw. ist der zweite Körper keine Kugel sondern nen Kasten wo die erste Kugel reinfliegt. -.-

So sieht das ganze aus:

http://img253.imageshack.us/img253/228/sto6kd8.png

Nun meine Frage:
Ich setze ja Epot = Ekin. Dann stelle ich nach V um, um die Geschwindigkeit zu erreichen. Aber welche Geschwindigkeit ist das? Die, die beide Körper dann zusammen haben, oder die, die die abgeschossene Kugel beim Auftreffen hat?

Und kann ich die Massen dann rauskürzen oder muss ich diese Unterscheiden? Ich hätte nämlich gesagt, dass das m in Ekin die Masse der ersten Kugel ist und m in Epot die Masse beider Körper. Oder?^^

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Einverstanden, den zweiten Körper als einen Kasten zu bauen, der an einem Pendel hängt, und die Höhe, die das Pendel erreicht, als die Information zu nehmen, aus der man die Geschwindigkeit des ersten Körpers vor dem Auftreffen berechnet, wenn man die Massen der Körper kennt, ist eine elegante Möglichkeit, um das zu lösen smile

Natürlich solltest du nun in dieser Aufgabe zwischen den beiden verschiedenen Massen

und

und der Gesamtmasse

unterscheiden, denn die werden sicher alle drei unterschiedlich groß sein.

Das ganze ist ja ein inelastischer Stoß. Ist also die kinetische Energie des Systems vor dem Stoß gleich der kinetischen Energie des Systems unmittelbar nach dem Stoß oder nicht?

Musst du also die kinetische Energie nach dem Stoß für die Energieerhaltung beim Hochschwingen des Pendels nehmen, oder ginge das auch mit der kinetischen Energie vor dem Stoß?

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

Die Reibung haben wir immer außer Acht gelassen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Der Energieverlust beim inelastischen Stoß ist keine Reibung, die man außer acht lassen kann. Ohne diesen Energieverlust bekommt man gar nicht erst einen inelastischen Stoß zustande, also kann man ihn hier auf keinen Fall vernachlässigen. Ein Stoß mit Energieerhaltung wäre etwas komplett anderes, nämlich ein elastischer Stoß.

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

Öhm. Wir haben aber schon genau die selbe Aufgabe gerechnet und da genau so verfahren. Jetzt verwirrst du mich.

Aber was heißt das denn im großen und ganzen für meine Formeln?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Dass du unterscheiden musst zwischen der kinetischen Energie vor dem Stoß E_kin_vorher und der kinetischen Energie unmittelbar nach dem Stoß E_kin_nachher.

Wie groß dieser Energieunterschied ist, kannst du ausrechnen, in dem du die Geschwindigkeiten vor und nach dem Stoß verwendest, die du aus dem Impulserhaltungssatz bekommst.

In deinen Formeln

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

Aber wie soll ich denn die Geschwindigkeiten berechnen? Und es geht ja nicht um den Energieunterschied, sondern um die Geschwindigkeit.
Ich verzweifle langsam...welche Formel kann ich denn nun nehmen um V1 bzw. Vu zu errechnen? unglücklich

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Siehe mein edit von eben oben:

Die Formeln für v_1 und v_u, die du oben hingeschrieben hast, stimmen. Du darfst nur nicht davon sprechen, dass die kinetische Energie vor dem Stoß gleich der kinetischen Energie nach dem Stoß sei.

Benzen · Anmeldungsdatum: 13.05.2007 Beiträge: 16

Achso jetzt hab ichs verstanden. Ja das wäre ja dann
E_kin_vorher = E_kin_nachher + E_reibung
oder?

Aber das ist ja auch egal, solange die Formeln da oben stimmen. Super. Danke dir und hoffe das morgen alles glatt geht.^^