Azərbaycan  AzərbaycanDeutschland  DeutschlandLietuva  LietuvaMalta  Maltaශ්‍රී ලංකාව  ශ්‍රී ලංකාවTürkmenistan  TürkmenistanTürkiyə  TürkiyəУкраина  Украина
Unterstützung
www.datawiki.de-de.nina.az
  • Heim

Ein Stoß ist ein Vorgang bei dem zwei oder mehr Körper kurzzeitig Kraft aufeinander ausüben Als Folge ändern die Körper

Elastischer Stoß

  • Startseite
  • Elastischer Stoß
Elastischer Stoß
www.datawiki.de-de.nina.azhttps://www.datawiki.de-de.nina.az

Ein Stoß ist ein Vorgang, bei dem zwei oder mehr Körper kurzzeitig Kraft aufeinander ausüben. Als Folge ändern die Körper ihren Bewegungszustand, möglicherweise auch ihre Form und Zusammensetzung. In einem Inertialsystem gilt für alle Stöße der Impulserhaltungssatz – die Summe aller Impulsvektoren bleibt konstant. Auch die Energieerhaltung spielt eine Rolle; sie umfasst aber nicht nur die mechanischen Energieformen, wie inelastische und reaktive Stöße zeigen.

Die grundlegenden Stoßgesetze und ihre mathematische Beschreibung wurden in der Zeit zwischen 1651 und 1655 von Christiaan Huygens aufgestellt unter Verwendung des Galileischen Relativitätsprinzips (siehe Galilei-Transformation). Ihre empirische Gültigkeit ist wesentlich für den Begriff der trägen Masse.

Einteilung mechanischer Stoßprozesse

Am Berührpunkt der zwei Körper lässt sich eine Tangentialebene anlegen, die als Berührebene bezeichnet wird. Die zugehörige Normalgerade bildet die Stoßlinie. Die Massen der beiden Körper seien m1{\displaystyle m_{1}} und m2{\displaystyle m_{2}}, ihre Anfangsgeschwindigkeiten v→1{\displaystyle {\vec {v}}_{1}} und v→2{\displaystyle {\vec {v}}_{2}}, die Endgeschwindigkeiten v→1′{\displaystyle {\vec {v}}\,'_{1}} und v→2′{\displaystyle {\vec {v}}\,'_{2}}. Die Geschwindigkeit des Schwerpunktes der beiden Massen sei u→{\displaystyle {\vec {u}}}. Sie bleibt vor, bei und nach dem Stoß konstant.

Man unterscheidet zwei ideale Grenzfälle, den elastischen Stoß und den plastischen Stoß (auch inelastisch oder unelastisch). Beim elastischen Stoß wird kinetische Energie von Körper zu Körper weitergegeben, bleibt aber insgesamt als kinetische Energie erhalten, denn sie stoßen sich voneinander ab. Beim plastischen Stoß geht dagegen ein Teil der kinetischen Energie in innere Energie über und die Körper stoßen sich nicht voneinander ab. Darum besitzen am Ende beide dieselbe Geschwindigkeit. Alle Zwischenstufen nennt man realer Stoß.

Bei einem geraden Stoß verlaufen die beiden Impulsvektoren parallel zur Stoßlinie, ansonsten handelt es sich um einen schiefen Stoß. Liegt der gemeinsame Schwerpunkt der beiden Körper auf der Stoßlinie, so spricht man von einem zentralen Stoß, andernfalls von einem exzentrischen Stoß.

Darüber hinaus grenzt sich der glatte Stoß vom unglatten Stoß (auch rauer Stoß oder Reibungsstoß) ab. Beim Reibungsstoß treten Reibungskräfte an der Berührungsfläche auf und die Impulsübertragung erfolgt nicht mehr senkrecht zur Berührebene. Zur weiteren Analyse – unter Betrachtung auch der Rotationsenergie und des Drehimpulses – eignet sich eine Vektorzerlegung in die Tangential- und Normalkomponente.

  • Einteilung
  • gerader, zentraler, elastischer Stoß
  • dito, Schwerpunkt bewegt sich quer zur Stoßrichtung
  • Exzentrischer Stoß
  • Rauer Stoß

Vereinfachend wird für die folgenden Berechnungen angenommen, dass der Stoß in unendlich kurzer Zeit abläuft und sich währenddessen die Positionen der Stoßpartner nicht verändern. Die Geschwindigkeiten der Stoßpartner ändern sich sprunghaft. Des Weiteren wird die freie Beweglichkeit der Stoßpartner vorausgesetzt, sodass nur geradlinige Bewegungen stattfinden.

Elastischer Stoß

Beim ideal elastischen oder vollelastischen Stoß stoßen zwei Körper aufeinander, ohne dass dabei Energie in innere Energie, beispielsweise Wärme oder Deformation, umgewandelt wird. Nach dem Energieerhaltungssatz ist die Summe der Bewegungsenergien (= der kinetischen Energien) vor dem Stoß genau so groß wie nach dem Stoß. Dasselbe gilt nach dem Impulserhaltungssatz auch für die vektorielle Summe der Impulse.

Bei makroskopischen Objekten ist der ideale elastische Stoß eine Modellvorstellung, die in der Realität nicht erreicht wird. Aufgrund von Reibung und ähnlichen Einflüssen geht kinetische Energie verloren. Sehr nahe am Modell sind jedoch beispielsweise Billardkugeln, da diese im Regelfall so gut wie keine plastische Verformung erfahren.

Bei Atomen und/oder Elementarteilchen hingegen ist der ideale elastische Stoß häufig. Er ist sogar der einzige mögliche Prozess, wenn die kinetische Energie (im Schwerpunktsystem) kleiner ist als die Mindestenergie, die für eine innere Anregung eines der Teilchen oder eine Umwandlung der Teilchen benötigt wird (siehe auch Kinematik (Teilchenstoß)).

Es folgt die Berechnung des elastischen Stoßes nach der klassischen Mechanik, d. h., die Geschwindigkeiten v1,v2,v1′,v2′{\displaystyle v_{1},v_{2},v_{1}',v_{2}'} vor bzw. nach dem Stoß liegen weit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit. Nach der Definition von „elastisch“ muss die Summe der kinetischen Energie vor und nach dem Stoß gleich hoch sein:

∑Ekin=∑Ekin′m12v12+m22v22=m12v1′2+m22v2′2m12(v12−v1′2)=m22(v2′2−v22)(1){\displaystyle {\begin{aligned}\sum E_{\mathrm {kin} }&=\sum E'_{\mathrm {kin} }\\{\frac {m_{1}}{2}}v_{1}^{2}+{\frac {m_{2}}{2}}v_{2}^{2}&={\frac {m_{1}}{2}}v_{1}'^{2}+{\frac {m_{2}}{2}}v_{2}'^{2}\\{\frac {m_{1}}{2}}\left(v_{1}^{2}-v_{1}'^{2}\right)&={\frac {m_{2}}{2}}\left(v_{2}'^{2}-v_{2}^{2}\right)\qquad (1)\\\end{aligned}}}

Zugleich gilt für alle Arten von Stößen der vektorielle Impulserhaltungssatz:

∑p→=∑p′→m1v1→+m2v2→=m1v1′→+m2v2′→m1(v1→−v1′→)=m2(v2′→−v2→){\displaystyle {\begin{aligned}\sum {\vec {p}}&=\sum {\vec {p'}}\\m_{1}{\vec {v_{1}}}+m_{2}{\vec {v_{2}}}&=m_{1}{\vec {v_{1}'}}+m_{2}{\vec {v_{2}'}}\\m_{1}\,\left({\vec {v_{1}}}-{\vec {v_{1}'}}\right)&=m_{2}\,\left({\vec {v_{2}'}}-{\vec {v_{2}}}\right)\\\end{aligned}}}

Die letzte Zeile bedeutet, dass die vektoriellen Impulsänderungen entgegengesetzt gleich sind. Daraus folgt, dass auch die Geschwindigkeitsänderungen entgegengesetzte Richtung haben, ihre Beträge aber vom Massenverhältnis abhängen:

v1→−v1′→=m2m1(v2′→−v2→)(2){\displaystyle {\vec {v_{1}}}-{\vec {v_{1}'}}={\frac {m_{2}}{m_{1}}}\,({\vec {v_{2}'}}-{\vec {v_{2}}})\qquad (2)}

Im Folgenden werden nur die Geschwindigkeitskomponenten in Richtung des Impulsübertrags betrachtet und mit v1,v1′,v2,v2′{\displaystyle v_{1},v_{1}',v_{2},v_{2}'} bezeichnet. Die dazu orthogonalen Komponenten der Anfangsimpulse und -geschwindigkeiten können unbeachtet bleiben, denn sie ändern sich durch den Stoß nicht. So wird das ganze Problem auf den eindimensionalen Stoß zurückgeführt. Die obigen Gleichungen (1) und (2) werden dann zu den folgenden Gleichungen (1’) und (2’), aus denen man durch Einsetzen Gleichung (3) erhält:

m12(v1−v1′)(v1+v1′)=m22(v2′−v2)⋅(v2′+v2)(1′)m1(v1−v1′)=m2(v2′−v2)(2′)(v1+v1′)=(v2+v2′)(3){\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {m_{1}}{2}}(v_{1}-v_{1}')&(v_{1}+v_{1}')&=&\quad {\frac {m_{2}}{2}}(v_{2}'-v_{2})&\cdot (v_{2}'+v_{2})&\qquad (1')\\m_{1}(v_{1}-v_{1}')&&=&\quad m_{2}(v_{2}'-v_{2})&&\qquad (2')\\&(v_{1}+v_{1}')&=&&\quad (v_{2}+v_{2}')&\qquad (3)\\\end{aligned}}}

Nach Gleichung (3) hat die mittlere Geschwindigkeit u{\displaystyle u} (längs der Richtung des Impulsübertrags) vor und nach dem Stoß für beide Massen m1{\displaystyle m_{1}} und m2{\displaystyle m_{2}} den gleichen Wert:

u:=v1+v1′2=v2+v2′2{\displaystyle u:={\frac {v_{1}+v_{1}'}{2}}={\frac {v_{2}+v_{2}'}{2}}}

Multipliziert man die Gleichung (3) mit m1{\displaystyle m_{1}} und addiert sie zu Gleichung (2’), fällt die Größe v1′{\displaystyle v_{1}'} heraus, und man kann nach v2′{\displaystyle v_{2}'} auflösen. Damit erhält man aus Gleichung (2’) oder (3) dann auch die Formel für v1′{\displaystyle v_{1}'}. Es ergibt sich:

v1′=2m1v1+m2v2m1+m2−v1{\displaystyle v_{1}'=2\,{\frac {m_{1}v_{1}+m_{2}v_{2}}{m_{1}+m_{2}}}-v_{1}} (4a)
v2′=2m1v1+m2v2m1+m2−v2{\displaystyle v_{2}'=2\,{\frac {m_{1}v_{1}+m_{2}v_{2}}{m_{1}+m_{2}}}-v_{2}} (4b)

Aus jeder der beiden letzten Gleichungen ergibt sich u{\displaystyle u}:

u=m1v1+m2v2m1+m2{\displaystyle u={\frac {m_{1}v_{1}+m_{2}v_{2}}{m_{1}+m_{2}}}} (5)

Das ist die Geschwindigkeit des gemeinsamen Schwerpunktes (Komponente in Richtung des Impulsübertrags).

Für den Sonderfall m1=m2{\displaystyle m_{1}=m_{2}} ergibt sich:

v1′=v2{\displaystyle v_{1}'=v_{2}}
v2′=v1{\displaystyle v_{2}'=v_{1}}

Beim elastischen Stoß gleicher Massen werden die Geschwindigkeiten einfach vertauscht.

Für den Fall m1≪m2{\displaystyle m_{1}\ll m_{2}} („m1{\displaystyle m_{1}} ist sehr viel kleiner als m2{\displaystyle m_{2}}“) und v2=0{\displaystyle v_{2}=0} (z. B. „Ball gegen Wand“) ergibt sich:

v1→′≈−v1→{\displaystyle {\vec {v_{1}}}'\approx -{\vec {v_{1}}}} und v2→′≈0{\displaystyle {\vec {v_{2}}}'\approx 0}

Beim elastischen Stoß einer leichten gegen eine ruhende viel schwerere Masse prallt (näherungsweise) die leichte einfach ab, die schwere bleibt in Ruhe.

Für den Fall m1≫m2{\displaystyle m_{1}\gg m_{2}} („m1{\displaystyle m_{1}} ist sehr viel größer als m2{\displaystyle m_{2}}“) und v2=0{\displaystyle v_{2}=0} (z. B. „Fußball gegen Tennisball“) ergibt sich:

v1→′≈v1→{\displaystyle {\vec {v_{1}}}'\approx {\vec {v_{1}}}} und v2→′≈2v1→{\displaystyle {\vec {v_{2}}}'\approx 2{\vec {v_{1}}}}

Beim elastischen Stoß einer schweren gegen eine ruhende viel leichtere Masse fliegt die schwere fast unverändert weiter, während die leichte die doppelte Geschwindigkeit erhält. In allen Fällen bleibt die Geschwindigkeit des Massenmittelpunkts der beiden Körper konstant.

Zweidimensionaler elastischer Stoß

Der zweidimensionale elastische Stoß beruht prinzipiell auf dem oben geschilderten eindimensionalen elastischen Stoß. Zunächst muss die sogenannte Zentralsteigung sz{\displaystyle s_{z}} berechnet werden. Diese beschreibt die Steigung der Geraden durch die Mittelpunkte der Kugeln. Die Steigung st{\displaystyle s_{t}} der Tangente t{\displaystyle t} durch den Berührpunkt der Kugeln errechnet sich dann durch:

st=−1sz{\displaystyle s_{t}=-{\frac {1}{s_{z}}}}

Zerlegt man die Bewegungsvektoren v→1=[xv1,yv1]T{\displaystyle {\vec {v}}_{1}=[x_{v_{1}},y_{v_{1}}]^{T}} und v→2=[xv2,yv2]T{\displaystyle {\vec {v}}_{2}=[x_{v_{2}},y_{v_{2}}]^{T}} nun in zwei Komponenten v→t=[xt,yt]T{\displaystyle {\vec {v}}_{t}=[x_{t},y_{t}]^{T}} parallel zur Tangente und v→z=[xz,yz]T{\displaystyle {\vec {v}}_{z}=[x_{z},y_{z}]^{T}} orthogonal dazu, so kann man den zweidimensionalen Stoß zu einem eindimensionalen vereinfachen. Es gilt dann die obige Formel, jedoch nur für die Komponenten in Zentralrichtung.

Daher müssen zunächst die Vektoren v→t{\displaystyle {\vec {v}}_{t}} und v→z{\displaystyle {\vec {v}}_{z}} errechnet werden. Dies geschieht anhand der Steigungen sv1{\displaystyle s_{v1}}, sv2{\displaystyle s_{v2}}, st{\displaystyle s_{t}} und sz{\displaystyle s_{z}}.

Ab hier soll zugunsten einer einfacheren Darstellung auf die Indizes 1 und 2 verzichtet werden.

Aus v→=v→t+v→z{\displaystyle {\vec {v}}={\vec {v}}_{t}+{\vec {v}}_{z}} folgt:

xv=xt+xz{\displaystyle x_{v}=x_{t}+x_{z}}
yv=yt+yz{\displaystyle y_{v}=y_{t}+y_{z}}

Für yv=sv⋅xv{\displaystyle y_{v}=s_{v}\cdot x_{v}} (Entsprechendes gilt für yt{\displaystyle y_{t}} und yz{\displaystyle y_{z}}) kann die zweite Gleichung vereinfacht werden:

sv⋅xv=st⋅xt+sz⋅xz{\displaystyle s_{v}\cdot x_{v}=s_{t}\cdot x_{t}+s_{z}\cdot x_{z}}

Man erhält also das Gleichungssystem:

sv⋅xv=st⋅xt+sz⋅xz{\displaystyle s_{v}\cdot x_{v}=s_{t}\cdot x_{t}+s_{z}\cdot x_{z}}
xv=xt+xz{\displaystyle x_{v}=x_{t}+x_{z}}

Durch Umformen erhält man:

xt=xv⋅sz−svsz−st{\displaystyle x_{t}=x_{v}\cdot {\frac {s_{z}-s_{v}}{s_{z}-s_{t}}}}
xz=xv⋅st−svst−sz{\displaystyle x_{z}=x_{v}\cdot {\frac {s_{t}-s_{v}}{s_{t}-s_{z}}}}

Für yt=xt⋅st{\displaystyle y_{t}=x_{t}\cdot s_{t}} und yz=xz⋅sz{\displaystyle y_{z}=x_{z}\cdot s_{z}} setzt man entsprechend ein.

Zuletzt müssen nun noch die neuen Vektoren v→z1′{\displaystyle {\vec {v}}_{z1}'} und v→z2′{\displaystyle {\vec {v}}_{z2}'} wie oben angegeben berechnet werden. Im einfachsten Falle, nämlich bei m1=m2{\displaystyle m_{1}=m_{2}} gilt:

v→z1′=v→z2{\displaystyle {\vec {v}}_{z1}'={\vec {v}}_{z2}}
v→z2′=v→z1{\displaystyle {\vec {v}}_{z2}'={\vec {v}}_{z1}}

Andernfalls muss die obige Formel angewendet werden.

Die neuen Geschwindigkeitsvektoren v′→1{\displaystyle {\vec {v'}}_{1}} und v′→2{\displaystyle {\vec {v'}}_{2}} werden dann durch Vektoraddition der Vektoren v→t1{\displaystyle {\vec {v}}_{t1}} bzw. v→t2{\displaystyle {\vec {v}}_{t2}} und v′→z1{\displaystyle {\vec {v'}}_{z1}} bzw. v′→z2{\displaystyle {\vec {v'}}_{z2}} berechnet:

v′→1=v→t1+v′→z1{\displaystyle {\vec {v'}}_{1}={\vec {v}}_{t1}+{\vec {v'}}_{z1}}
v′→2=v→t2+v′→z2{\displaystyle {\vec {v'}}_{2}={\vec {v}}_{t2}+{\vec {v'}}_{z2}}

Unelastischer Stoß

Beim unelastischen Stoß (auch inelastischer oder plastischer Stoß genannt) wird ein Teil der kinetischen Energie in innere Energie U{\displaystyle U} umgewandelt. Die gesamte innere Energie (beider Körper zusammen) erhöht sich dabei um den Betrag ΔU{\displaystyle \Delta U}. Im einfachsten Fall geschieht das durch plastische Deformation der beteiligten Körper. Die Energie kann jedoch auch in Reibungswärme umgesetzt werden, wie beispielsweise bei einem Stoßdämpfer. Der Impuls hat dagegen eine Richtung und bleibt beim unelastischen Stoß genauso erhalten, wie beim elastischen. Der Impuls kann nicht "umgewandelt" werden. Eine Anwendung der Theorie ist das ballistische Pendel.

Beim ideal unelastischen Stoß (auch vollkommen unelastischer oder vollplastischer Stoß genannt) wird der maximal mögliche Anteil der kinetischen Energie in innere Energie umgewandelt, dabei „kleben“ die beiden Massen nach dem Stoß aneinander und bewegen sich mit derselben Geschwindigkeit v′{\displaystyle v'} weiter (v1′=v2′=v′{\displaystyle v_{1}'=v_{2}'=v'}). Ein Beispiel sind zwei Plastilinkugeln, die nach dem Stoß aneinander haften.

Die folgenden Formeln beschreiben einen vollkommen unelastischen Stoß. Wiederum gelten die beiden Erhaltungssätze:

∑p=∑p′∑Ekin=∑Ekin′+ΔU{\displaystyle {\begin{aligned}\sum p&=\sum p'\\\sum E_{\mathrm {kin} }&=\sum E'_{\mathrm {kin} }+\Delta U\end{aligned}}}
  • Vor dem Stoß:
∑p=m1⋅v1+m2⋅v2∑Ekin=m1⋅v122+m2⋅v222{\displaystyle {\begin{aligned}\sum p&=m_{1}\cdot v_{1}+m_{2}\cdot v_{2}\\\sum E_{\mathrm {kin} }&={\frac {m_{1}\cdot v_{1}^{2}}{2}}+{\frac {m_{2}\cdot v_{2}^{2}}{2}}\end{aligned}}}


  • Nach dem Stoß:
∑p′=(m1+m2)⋅v′∑Ekin′=(m1+m2)⋅v′22{\displaystyle {\begin{aligned}\sum p'&=(m_{1}+m_{2})\cdot v'\\\sum E'_{\mathrm {kin} }&={\frac {(m_{1}+m_{2})\cdot v'^{2}}{2}}\end{aligned}}}

Aus dem Impulserhaltungssatz kann man Folgendes ableiten:

m1⋅v1+m2⋅v2=(m1+m2)⋅v′⇔v′=m1⋅v1+m2⋅v2m1+m2{\displaystyle {\begin{aligned}m_{1}\cdot v_{1}+m_{2}\cdot v_{2}&=(m_{1}+m_{2})\cdot v'\\\Leftrightarrow v'&={\frac {m_{1}\cdot v_{1}+m_{2}\cdot v_{2}}{m_{1}+m_{2}}}\end{aligned}}}

Aus dem Energieerhaltungssatz lässt sich die innere Energie U{\displaystyle U} berechnen:

ΔU=∑Ekin−∑Ekin′=12⋅m1⋅m2m1+m2⋅(v1−v2)2{\displaystyle \Delta U=\sum E_{\mathrm {kin} }-\sum E'_{\mathrm {kin} }={\frac {1}{2}}\cdot {\frac {m_{1}\cdot m_{2}}{m_{1}+m_{2}}}\cdot (v_{1}-v_{2})^{2}}

Realer Stoß

Ein realer Stoß zwischen zwei Massen stellt immer eine Mischform aus ideal elastischem und ideal plastischem Stoß dar, deshalb wird er auch teilelastischer oder teilplastischer Stoß genannt. Die Mischform wird dargestellt durch die Stoßzahl k, die auch Restitutionskoeffizient genannt wird (von Wiederherstellung des Ausgangszustands):

k=v2′−v1′v1−v2{\displaystyle k={\frac {v_{2}'-v_{1}'}{v_{1}-v_{2}}}} (6)

Die Stoßzahl lässt sich auch über einen Fallversuch bestimmen. Wegen v2=v2′=0{\displaystyle v_{2}=v_{2}'=0} gilt:

k=h1′h1{\displaystyle k={\sqrt {\frac {h_{1}'}{h_{1}}}}}

Es gilt:

k=0{\displaystyle k=0}: Vollkommen plastischer Stoß
k=1{\displaystyle k=1}: Vollkommen elastischer Stoß

Für einen teilelastischen Stoß mit der Stoßzahl k ergeben sich mithilfe der Impulserhaltung folgende Geschwindigkeiten (, die für den unelastischen/plastischen Stoß (k = 0) in Gl. 4a und 4b übergehen):

v1′=m1v1+m2v2−m2(v1−v2)km1+m2{\displaystyle v_{1}'={\frac {m_{1}v_{1}+m_{2}v_{2}-m_{2}(v_{1}-v_{2})k}{m_{1}+m_{2}}}} (7a)
v2′=m1v1+m2v2−m1(v2−v1)km1+m2{\displaystyle v_{2}'={\frac {m_{1}v_{1}+m_{2}v_{2}-m_{1}(v_{2}-v_{1})k}{m_{1}+m_{2}}}} (7b)

Die = Umwandlung der kinetischen Energie lässt sich bestimmen aus:

ΔE=U=m1⋅m22(m1+m2)(v1−v2)2⋅(1−k2){\displaystyle \Delta E=U={\frac {m_{1}\cdot m_{2}}{2(m_{1}+m_{2})}}(v_{1}-v_{2})^{2}\cdot (1-k^{2})}

Mit den Grenzwerten 0 und 1 für die Stoßzahl lassen sich die Gleichungen der Geschwindigkeiten nach dem Stoß sowie die Gleichung zur Formänderungsarbeit zu den Gleichungen vereinfachen, wie sie in den Abschnitten elastischer und plastischer Stoß stehen.

Zeitlicher Verlauf bei realen Körpern

Beim Stoß realer Körper erfolgt die Impulsübertragung nicht momentan, sondern über eine kleine Zeitspanne verteilt. Die Geschwindigkeit, mit der der Impuls eines Körpers sich ändert, ist nach dem 2. Newtonschen Gesetz (p→˙=F→{\displaystyle {\dot {\vec {p}}}={\vec {F}}}) durch die zwischen den Körpern wirkende Kraft gegeben. Fällt z. B. ein elastischer Ball auf den Boden, so entsteht durch seine Verformung eine nach oben gerichtete Kraft, die ihn zuerst verzögert, bis er momentan die Geschwindigkeit Null erreicht, und dann wieder aufwärts beschleunigt, bis er sich vom Boden löst. Der gesamte Ablauf entspricht einem Kraftstoß. Weiterhin gilt das dritte Newtonsche Gesetz actio = reactio:

∫F→21(t)⋅dt=−∫F→12(t)⋅dt{\displaystyle \int {\vec {F}}_{21}(t)\cdot \mathrm {d} t=-\int {\vec {F}}_{12}(t)\cdot \mathrm {d} t}

mit der Kraft F→{\displaystyle {\vec {F}}} und der Zeit t{\displaystyle t}.

Während eines Stoßes erfahren beide Stoßpartner einen gleich großen Kraftstoß in entgegengesetzter Richtung. Ein Experiment, um die Impulsübertragung zu visualisieren, ist der Doppelball-Versuch, in dem spektakulär kinetische Energie von einem Stoßpartner auf den anderen übertragen wird.

Superelastischer Stoß

Beim superelastischen Stoß geht innere Energie von mindestens einem der Stoßpartner in kinetische Energie über. Die kinetische Energie ist nach diesem Stoß größer als vor dem Stoß. Die mathematische Behandlung erfolgt wie beim allgemeinen inelastischen Stoß, nur ist U<0{\displaystyle U<0}.

Reaktiver Stoß

Beim reaktiven Stoß kommt es zu Reaktionen, wie z. B. chemischen Reaktionen, oder zur Erzeugung neuer Teilchen durch Stöße hochenergetischer Teilchen in der Elementarteilchenphysik. Dabei muss berücksichtigt werden, dass vor und nach dem Stoß unterschiedliche Teilchen zu Energie und Impuls beitragen. Es ändern sich also neben der Geschwindigkeit auch die Massen und unter Umständen die Anzahl der Teilchen.

Eine Art des reaktiven Stoßes ist z. B. der Ladungsaustausch, ein atomphysikalischer Prozess, bei dem während eines Stoßes zwischen Atomen, Molekülen oder Ionen ein oder mehrere Elektronen ausgetauscht werden. Mit großer Wahrscheinlichkeit werden dabei die Elektronen auf den Stoßpartner mit der positiveren Ladung übergehen. So können z. B. im Sonnenwind enthaltene positive Ionen (siehe auch hochgeladenes Ion) beim Durchgang durch die einen Kometen umgebende dünne Gasatmosphäre Elektronen einfangen und dabei Strahlung, u. a. im Röntgenbereich, emittieren.

Streuung

In der Teilchenphysik, Atomphysik oder Kernphysik, wenn Photonen oder Teilchen generell beteiligt sind, spricht man auch von Streuung. Auch hier bedeutet inelastische Streuung (inelastischer Stoß), dass die kinetische Energie nicht als solche erhalten bleibt, sondern teilweise z. B. in Anregungsenergie verwandelt oder zum Aufbrechen von Bindungen verwendet wird. Wenn ein Photon an einer inelastischen Streuung beteiligt ist, ändert sich im Allgemeinen seine Wellenlänge. Näheres siehe Streutheorie.

Siehe auch

  • Drehstoß

Literatur

  • Felix Hausdorff (Hrsg.), Christiaan Huygens: Christiaan Huygens’ nachgelassene Abhandlungen: Über die Bewegung der Körper durch den Stoss: Über die Centrifugalkraft. Akademische Verlagsgesellschaft, Leipzig um 1921.
  • L. D. Landau, E. M. Lifschitz: Mechanik (= Lehrbuch der theoretischen Physik. Band 1). Unveränderter Nachdruck der 14., korrigierten Auflage 1997. Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, Haan-Gruiten 2016, ISBN 978-3-8085-5612-2. 
  • Roger G. Newton: Scattering Theory of Waves and Particles. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 1982, ISBN 978-3-642-88130-5 (springer.com [abgerufen am 7. März 2022]). 

Weblinks

  • Elastischer Stoß. Der elastische Stoß in drei Dimensionen einschließlich Herleitung unter Benutzung der Impuls- und Energieerhaltung.
  • Video: Inelastischer Stoß und Impulserhaltungssatz. Jakob Günter Lauth (SciFox) 2019, zur Verfügung gestellt von der Technischen Informationsbibliothek (TIB), doi:10.5446/40454.

Einzelnachweise

  1. Karl-Eugen Kurrer: Zur Darstellung der Energietransformation beim ebenen gekoppelten Reibungsstoß mit Hilfe des Energieentwertungsdiagramms. In: Cassius Alexandru, Günter Gödert, Uwe Görn, Roland Parchem, Joachim Villwock (Hrsg.): Beiträge zur Mechanik. Festschrift zum 65. Geburtstag von Prof. Dr. Rudolf Trostel. Universitätsbibliothek der TU Berlin, Abt. Publikation, Berlin 1993, ISBN 3-7983-1581-7, S. 148–169. 
  2. R. M. Eisberg, C. E. Porter: Scattering of Alpha Particles. In: Reviews of Modern Physics. Band 33, Nr. 2, 1. April 1961, ISSN 0034-6861, S. 190–230, doi:10.1103/RevModPhys.33.190 (aps.org [abgerufen am 7. März 2022]). 
  3. R. J. Slobodrian: Elastic and Inelastic Scattering of 28-Mev Deuterons. In: Physical Review. Band 125, Nr. 3, 1. Februar 1962, ISSN 0031-899X, S. 1003–1010, doi:10.1103/PhysRev.125.1003 (aps.org [abgerufen am 7. März 2022]). 
  4. P. Urban: Zur Streuung schneller Elektronen an Kernen. In: Annalen der Physik. Band 435, Nr. 6–7, 1943, S. 557–564, doi:10.1002/andp.19434350614 (wiley.com [abgerufen am 7. März 2022]). 
  5. L. D. Landau, E. M. Lifschitz: Mechanik. 14., korr. Auflage. Lehrbuch der theoretischen Physik, Nr. 1. Verlag Europa-Lehrmittel, 1997, ISBN 3-8171-1326-9. 

Autor: www.NiNa.Az

Veröffentlichungsdatum: 16 Jul 2025 / 07:05

wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele, Mobiltelefon, Mobil, Telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, komputer, Informationen zu Elastischer Stoß, Was ist Elastischer Stoß? Was bedeutet Elastischer Stoß?

Ein Stoss ist ein Vorgang bei dem zwei oder mehr Korper kurzzeitig Kraft aufeinander ausuben Als Folge andern die Korper ihren Bewegungszustand moglicherweise auch ihre Form und Zusammensetzung In einem Inertialsystem gilt fur alle Stosse der Impulserhaltungssatz die Summe aller Impulsvektoren bleibt konstant Auch die Energieerhaltung spielt eine Rolle sie umfasst aber nicht nur die mechanischen Energieformen wie inelastische und reaktive Stosse zeigen Die grundlegenden Stossgesetze und ihre mathematische Beschreibung wurden in der Zeit zwischen 1651 und 1655 von Christiaan Huygens aufgestellt unter Verwendung des Galileischen Relativitatsprinzips siehe Galilei Transformation Ihre empirische Gultigkeit ist wesentlich fur den Begriff der tragen Masse Das Verhalten des Kugelstosspendels erklart sich als schnelle Abfolge von elastischen Stossen zwischen je zwei Kugeln gleicher Masse Impulserhalt und Erhaltung der Bewegungsenergie des Gesamtsystems reichen als Ansatz nicht aus um dessen Verhalten zu bestimmen Einteilung mechanischer StossprozesseAm Beruhrpunkt der zwei Korper lasst sich eine Tangentialebene anlegen die als Beruhrebene bezeichnet wird Die zugehorige Normalgerade bildet die Stosslinie Die Massen der beiden Korper seien m1 displaystyle m 1 und m2 displaystyle m 2 ihre Anfangsgeschwindigkeiten v 1 displaystyle vec v 1 und v 2 displaystyle vec v 2 die Endgeschwindigkeiten v 1 displaystyle vec v 1 und v 2 displaystyle vec v 2 Die Geschwindigkeit des Schwerpunktes der beiden Massen sei u displaystyle vec u Sie bleibt vor bei und nach dem Stoss konstant Man unterscheidet zwei ideale Grenzfalle den elastischen Stoss und den plastischen Stoss auch inelastisch oder unelastisch Beim elastischen Stoss wird kinetische Energie von Korper zu Korper weitergegeben bleibt aber insgesamt als kinetische Energie erhalten denn sie stossen sich voneinander ab Beim plastischen Stoss geht dagegen ein Teil der kinetischen Energie in innere Energie uber und die Korper stossen sich nicht voneinander ab Darum besitzen am Ende beide dieselbe Geschwindigkeit Alle Zwischenstufen nennt man realer Stoss Bei einem geraden Stoss verlaufen die beiden Impulsvektoren parallel zur Stosslinie ansonsten handelt es sich um einen schiefen Stoss Liegt der gemeinsame Schwerpunkt der beiden Korper auf der Stosslinie so spricht man von einem zentralen Stoss andernfalls von einem exzentrischen Stoss Daruber hinaus grenzt sich der glatte Stoss vom unglatten Stoss auch rauer Stoss oder Reibungsstoss ab Beim Reibungsstoss treten Reibungskrafte an der Beruhrungsflache auf und die Impulsubertragung erfolgt nicht mehr senkrecht zur Beruhrebene Zur weiteren Analyse unter Betrachtung auch der Rotationsenergie und des Drehimpulses eignet sich eine Vektorzerlegung in die Tangential und Normalkomponente Einteilung gerader zentraler elastischer Stoss dito Schwerpunkt bewegt sich quer zur Stossrichtung Exzentrischer Stoss Rauer Stoss Vereinfachend wird fur die folgenden Berechnungen angenommen dass der Stoss in unendlich kurzer Zeit ablauft und sich wahrenddessen die Positionen der Stosspartner nicht verandern Die Geschwindigkeiten der Stosspartner andern sich sprunghaft Des Weiteren wird die freie Beweglichkeit der Stosspartner vorausgesetzt sodass nur geradlinige Bewegungen stattfinden Elastischer StossElastischer Stoss zweier Korper gleicher Masse Beim ideal elastischen oder vollelastischen Stoss stossen zwei Korper aufeinander ohne dass dabei Energie in innere Energie beispielsweise Warme oder Deformation umgewandelt wird Nach dem Energieerhaltungssatz ist die Summe der Bewegungsenergien der kinetischen Energien vor dem Stoss genau so gross wie nach dem Stoss Dasselbe gilt nach dem Impulserhaltungssatz auch fur die vektorielle Summe der Impulse Bei makroskopischen Objekten ist der ideale elastische Stoss eine Modellvorstellung die in der Realitat nicht erreicht wird Aufgrund von Reibung und ahnlichen Einflussen geht kinetische Energie verloren Sehr nahe am Modell sind jedoch beispielsweise Billardkugeln da diese im Regelfall so gut wie keine plastische Verformung erfahren Bei Atomen und oder Elementarteilchen hingegen ist der ideale elastische Stoss haufig Er ist sogar der einzige mogliche Prozess wenn die kinetische Energie im Schwerpunktsystem kleiner ist als die Mindestenergie die fur eine innere Anregung eines der Teilchen oder eine Umwandlung der Teilchen benotigt wird siehe auch Kinematik Teilchenstoss Elastische Stosse verschiedene Anfangsgeschwindigkeiten Elastischer Stoss verschiedene Massen Es folgt die Berechnung des elastischen Stosses nach der klassischen Mechanik d h die Geschwindigkeiten v1 v2 v1 v2 displaystyle v 1 v 2 v 1 v 2 vor bzw nach dem Stoss liegen weit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit Nach der Definition von elastisch muss die Summe der kinetischen Energie vor und nach dem Stoss gleich hoch sein Ekin Ekin m12v12 m22v22 m12v1 2 m22v2 2m12 v12 v1 2 m22 v2 2 v22 1 displaystyle begin aligned sum E mathrm kin amp sum E mathrm kin frac m 1 2 v 1 2 frac m 2 2 v 2 2 amp frac m 1 2 v 1 2 frac m 2 2 v 2 2 frac m 1 2 left v 1 2 v 1 2 right amp frac m 2 2 left v 2 2 v 2 2 right qquad 1 end aligned Zugleich gilt fur alle Arten von Stossen der vektorielle Impulserhaltungssatz p p m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 m1 v1 v1 m2 v2 v2 displaystyle begin aligned sum vec p amp sum vec p m 1 vec v 1 m 2 vec v 2 amp m 1 vec v 1 m 2 vec v 2 m 1 left vec v 1 vec v 1 right amp m 2 left vec v 2 vec v 2 right end aligned Die letzte Zeile bedeutet dass die vektoriellen Impulsanderungen entgegengesetzt gleich sind Daraus folgt dass auch die Geschwindigkeitsanderungen entgegengesetzte Richtung haben ihre Betrage aber vom Massenverhaltnis abhangen v1 v1 m2m1 v2 v2 2 displaystyle vec v 1 vec v 1 frac m 2 m 1 vec v 2 vec v 2 qquad 2 Im Folgenden werden nur die Geschwindigkeitskomponenten in Richtung des Impulsubertrags betrachtet und mit v1 v1 v2 v2 displaystyle v 1 v 1 v 2 v 2 bezeichnet Die dazu orthogonalen Komponenten der Anfangsimpulse und geschwindigkeiten konnen unbeachtet bleiben denn sie andern sich durch den Stoss nicht So wird das ganze Problem auf den eindimensionalen Stoss zuruckgefuhrt Die obigen Gleichungen 1 und 2 werden dann zu den folgenden Gleichungen 1 und 2 aus denen man durch Einsetzen Gleichung 3 erhalt m12 v1 v1 v1 v1 m22 v2 v2 v2 v2 1 m1 v1 v1 m2 v2 v2 2 v1 v1 v2 v2 3 displaystyle begin aligned frac m 1 2 v 1 v 1 amp v 1 v 1 amp amp quad frac m 2 2 v 2 v 2 amp cdot v 2 v 2 amp qquad 1 m 1 v 1 v 1 amp amp amp quad m 2 v 2 v 2 amp amp qquad 2 amp v 1 v 1 amp amp amp quad v 2 v 2 amp qquad 3 end aligned Nach Gleichung 3 hat die mittlere Geschwindigkeit u displaystyle u langs der Richtung des Impulsubertrags vor und nach dem Stoss fur beide Massen m1 displaystyle m 1 und m2 displaystyle m 2 den gleichen Wert u v1 v1 2 v2 v2 2 displaystyle u frac v 1 v 1 2 frac v 2 v 2 2 Multipliziert man die Gleichung 3 mit m1 displaystyle m 1 und addiert sie zu Gleichung 2 fallt die Grosse v1 displaystyle v 1 heraus und man kann nach v2 displaystyle v 2 auflosen Damit erhalt man aus Gleichung 2 oder 3 dann auch die Formel fur v1 displaystyle v 1 Es ergibt sich v1 2m1v1 m2v2m1 m2 v1 displaystyle v 1 2 frac m 1 v 1 m 2 v 2 m 1 m 2 v 1 4a v2 2m1v1 m2v2m1 m2 v2 displaystyle v 2 2 frac m 1 v 1 m 2 v 2 m 1 m 2 v 2 4b Aus jeder der beiden letzten Gleichungen ergibt sich u displaystyle u u m1v1 m2v2m1 m2 displaystyle u frac m 1 v 1 m 2 v 2 m 1 m 2 5 Das ist die Geschwindigkeit des gemeinsamen Schwerpunktes Komponente in Richtung des Impulsubertrags Fur den Sonderfall m1 m2 displaystyle m 1 m 2 ergibt sich v1 v2 displaystyle v 1 v 2 v2 v1 displaystyle v 2 v 1 Beim elastischen Stoss gleicher Massen werden die Geschwindigkeiten einfach vertauscht Fur den Fall m1 m2 displaystyle m 1 ll m 2 m1 displaystyle m 1 ist sehr viel kleiner als m2 displaystyle m 2 und v2 0 displaystyle v 2 0 z B Ball gegen Wand ergibt sich v1 v1 displaystyle vec v 1 approx vec v 1 und v2 0 displaystyle vec v 2 approx 0 Beim elastischen Stoss einer leichten gegen eine ruhende viel schwerere Masse prallt naherungsweise die leichte einfach ab die schwere bleibt in Ruhe Fur den Fall m1 m2 displaystyle m 1 gg m 2 m1 displaystyle m 1 ist sehr viel grosser als m2 displaystyle m 2 und v2 0 displaystyle v 2 0 z B Fussball gegen Tennisball ergibt sich v1 v1 displaystyle vec v 1 approx vec v 1 und v2 2v1 displaystyle vec v 2 approx 2 vec v 1 Beim elastischen Stoss einer schweren gegen eine ruhende viel leichtere Masse fliegt die schwere fast unverandert weiter wahrend die leichte die doppelte Geschwindigkeit erhalt In allen Fallen bleibt die Geschwindigkeit des Massenmittelpunkts der beiden Korper konstant Zweidimensionaler elastischer Stoss Zweidimensionaler elastischer Stoss von zwei Munzen Der zweidimensionale elastische Stoss beruht prinzipiell auf dem oben geschilderten eindimensionalen elastischen Stoss Zunachst muss die sogenannte Zentralsteigung sz displaystyle s z berechnet werden Diese beschreibt die Steigung der Geraden durch die Mittelpunkte der Kugeln Die Steigung st displaystyle s t der Tangente t displaystyle t durch den Beruhrpunkt der Kugeln errechnet sich dann durch st 1sz displaystyle s t frac 1 s z Zerlegt man die Bewegungsvektoren v 1 xv1 yv1 T displaystyle vec v 1 x v 1 y v 1 T und v 2 xv2 yv2 T displaystyle vec v 2 x v 2 y v 2 T nun in zwei Komponenten v t xt yt T displaystyle vec v t x t y t T parallel zur Tangente und v z xz yz T displaystyle vec v z x z y z T orthogonal dazu so kann man den zweidimensionalen Stoss zu einem eindimensionalen vereinfachen Es gilt dann die obige Formel jedoch nur fur die Komponenten in Zentralrichtung Daher mussen zunachst die Vektoren v t displaystyle vec v t und v z displaystyle vec v z errechnet werden Dies geschieht anhand der Steigungen sv1 displaystyle s v1 sv2 displaystyle s v2 st displaystyle s t und sz displaystyle s z Ab hier soll zugunsten einer einfacheren Darstellung auf die Indizes 1 und 2 verzichtet werden Aus v v t v z displaystyle vec v vec v t vec v z folgt xv xt xz displaystyle x v x t x z yv yt yz displaystyle y v y t y z Fur yv sv xv displaystyle y v s v cdot x v Entsprechendes gilt fur yt displaystyle y t und yz displaystyle y z kann die zweite Gleichung vereinfacht werden sv xv st xt sz xz displaystyle s v cdot x v s t cdot x t s z cdot x z Man erhalt also das Gleichungssystem sv xv st xt sz xz displaystyle s v cdot x v s t cdot x t s z cdot x z xv xt xz displaystyle x v x t x z Durch Umformen erhalt man xt xv sz svsz st displaystyle x t x v cdot frac s z s v s z s t xz xv st svst sz displaystyle x z x v cdot frac s t s v s t s z Fur yt xt st displaystyle y t x t cdot s t und yz xz sz displaystyle y z x z cdot s z setzt man entsprechend ein Zuletzt mussen nun noch die neuen Vektoren v z1 displaystyle vec v z1 und v z2 displaystyle vec v z2 wie oben angegeben berechnet werden Im einfachsten Falle namlich bei m1 m2 displaystyle m 1 m 2 gilt v z1 v z2 displaystyle vec v z1 vec v z2 v z2 v z1 displaystyle vec v z2 vec v z1 Andernfalls muss die obige Formel angewendet werden Die neuen Geschwindigkeitsvektoren v 1 displaystyle vec v 1 und v 2 displaystyle vec v 2 werden dann durch Vektoraddition der Vektoren v t1 displaystyle vec v t1 bzw v t2 displaystyle vec v t2 und v z1 displaystyle vec v z1 bzw v z2 displaystyle vec v z2 berechnet v 1 v t1 v z1 displaystyle vec v 1 vec v t1 vec v z1 v 2 v t2 v z2 displaystyle vec v 2 vec v t2 vec v z2 Unelastischer StossBeim unelastischen Stoss auch inelastischer oder plastischer Stoss genannt wird ein Teil der kinetischen Energie in innere Energie U displaystyle U umgewandelt Die gesamte innere Energie beider Korper zusammen erhoht sich dabei um den Betrag DU displaystyle Delta U Im einfachsten Fall geschieht das durch plastische Deformation der beteiligten Korper Die Energie kann jedoch auch in Reibungswarme umgesetzt werden wie beispielsweise bei einem Stossdampfer Der Impuls hat dagegen eine Richtung und bleibt beim unelastischen Stoss genauso erhalten wie beim elastischen Der Impuls kann nicht umgewandelt werden Eine Anwendung der Theorie ist das ballistische Pendel Beim ideal unelastischen Stoss auch vollkommen unelastischer oder vollplastischer Stoss genannt wird der maximal mogliche Anteil der kinetischen Energie in innere Energie umgewandelt dabei kleben die beiden Massen nach dem Stoss aneinander und bewegen sich mit derselben Geschwindigkeit v displaystyle v weiter v1 v2 v displaystyle v 1 v 2 v Ein Beispiel sind zwei Plastilinkugeln die nach dem Stoss aneinander haften Ideal unelastischer Stoss Fur den Spezialfall m1 m2 m displaystyle m 1 m 2 m und v2 0 displaystyle v 2 0 gilt v v12 v2 displaystyle quad v tfrac v 1 2 tfrac v 2 DU Ekin 12Ekin m v24 displaystyle quad Delta U E mathrm kin tfrac 1 2 E mathrm kin tfrac m cdot v 2 4 Die folgenden Formeln beschreiben einen vollkommen unelastischen Stoss Wiederum gelten die beiden Erhaltungssatze p p Ekin Ekin DU displaystyle begin aligned sum p amp sum p sum E mathrm kin amp sum E mathrm kin Delta U end aligned Vor dem Stoss p m1 v1 m2 v2 Ekin m1 v122 m2 v222 displaystyle begin aligned sum p amp m 1 cdot v 1 m 2 cdot v 2 sum E mathrm kin amp frac m 1 cdot v 1 2 2 frac m 2 cdot v 2 2 2 end aligned dd Nach dem Stoss p m1 m2 v Ekin m1 m2 v 22 displaystyle begin aligned sum p amp m 1 m 2 cdot v sum E mathrm kin amp frac m 1 m 2 cdot v 2 2 end aligned dd Aus dem Impulserhaltungssatz kann man Folgendes ableiten m1 v1 m2 v2 m1 m2 v v m1 v1 m2 v2m1 m2 displaystyle begin aligned m 1 cdot v 1 m 2 cdot v 2 amp m 1 m 2 cdot v Leftrightarrow v amp frac m 1 cdot v 1 m 2 cdot v 2 m 1 m 2 end aligned Aus dem Energieerhaltungssatz lasst sich die innere Energie U displaystyle U berechnen DU Ekin Ekin 12 m1 m2m1 m2 v1 v2 2 displaystyle Delta U sum E mathrm kin sum E mathrm kin frac 1 2 cdot frac m 1 cdot m 2 m 1 m 2 cdot v 1 v 2 2 Realer StossEin hupfender Ball Jeder Aufschlag des Balls ist ein teilplastischer Stoss deshalb wird die mechanische Energie des Balls mit jedem Aufschlag geringer Ein realer Stoss zwischen zwei Massen stellt immer eine Mischform aus ideal elastischem und ideal plastischem Stoss dar deshalb wird er auch teilelastischer oder teilplastischer Stoss genannt Die Mischform wird dargestellt durch die Stosszahl k die auch Restitutionskoeffizient genannt wird von Wiederherstellung des Ausgangszustands k v2 v1 v1 v2 displaystyle k frac v 2 v 1 v 1 v 2 6 Die Stosszahl lasst sich auch uber einen Fallversuch bestimmen Wegen v2 v2 0 displaystyle v 2 v 2 0 gilt k h1 h1 displaystyle k sqrt frac h 1 h 1 Es gilt k 0 displaystyle k 0 Vollkommen plastischer Stoss k 1 displaystyle k 1 Vollkommen elastischer Stoss Fur einen teilelastischen Stoss mit der Stosszahl k ergeben sich mithilfe der Impulserhaltung folgende Geschwindigkeiten die fur den unelastischen plastischen Stoss k 0 in Gl 4a und 4b ubergehen v1 m1v1 m2v2 m2 v1 v2 km1 m2 displaystyle v 1 frac m 1 v 1 m 2 v 2 m 2 v 1 v 2 k m 1 m 2 7a v2 m1v1 m2v2 m1 v2 v1 km1 m2 displaystyle v 2 frac m 1 v 1 m 2 v 2 m 1 v 2 v 1 k m 1 m 2 7b Die Umwandlung der kinetischen Energie lasst sich bestimmen aus DE U m1 m22 m1 m2 v1 v2 2 1 k2 displaystyle Delta E U frac m 1 cdot m 2 2 m 1 m 2 v 1 v 2 2 cdot 1 k 2 Mit den Grenzwerten 0 und 1 fur die Stosszahl lassen sich die Gleichungen der Geschwindigkeiten nach dem Stoss sowie die Gleichung zur Formanderungsarbeit zu den Gleichungen vereinfachen wie sie in den Abschnitten elastischer und plastischer Stoss stehen Zeitlicher Verlauf bei realen KorpernBeim Stoss realer Korper erfolgt die Impulsubertragung nicht momentan sondern uber eine kleine Zeitspanne verteilt Die Geschwindigkeit mit der der Impuls eines Korpers sich andert ist nach dem 2 Newtonschen Gesetz p F displaystyle dot vec p vec F durch die zwischen den Korpern wirkende Kraft gegeben Fallt z B ein elastischer Ball auf den Boden so entsteht durch seine Verformung eine nach oben gerichtete Kraft die ihn zuerst verzogert bis er momentan die Geschwindigkeit Null erreicht und dann wieder aufwarts beschleunigt bis er sich vom Boden lost Der gesamte Ablauf entspricht einem Kraftstoss Weiterhin gilt das dritte Newtonsche Gesetz actio reactio F 21 t dt F 12 t dt displaystyle int vec F 21 t cdot mathrm d t int vec F 12 t cdot mathrm d t mit der Kraft F displaystyle vec F und der Zeit t displaystyle t Wahrend eines Stosses erfahren beide Stosspartner einen gleich grossen Kraftstoss in entgegengesetzter Richtung Ein Experiment um die Impulsubertragung zu visualisieren ist der Doppelball Versuch in dem spektakular kinetische Energie von einem Stosspartner auf den anderen ubertragen wird Superelastischer StossBeim superelastischen Stoss geht innere Energie von mindestens einem der Stosspartner in kinetische Energie uber Die kinetische Energie ist nach diesem Stoss grosser als vor dem Stoss Die mathematische Behandlung erfolgt wie beim allgemeinen inelastischen Stoss nur ist U lt 0 displaystyle U lt 0 Reaktiver StossBeim reaktiven Stoss kommt es zu Reaktionen wie z B chemischen Reaktionen oder zur Erzeugung neuer Teilchen durch Stosse hochenergetischer Teilchen in der Elementarteilchenphysik Dabei muss berucksichtigt werden dass vor und nach dem Stoss unterschiedliche Teilchen zu Energie und Impuls beitragen Es andern sich also neben der Geschwindigkeit auch die Massen und unter Umstanden die Anzahl der Teilchen Eine Art des reaktiven Stosses ist z B der Ladungsaustausch ein atomphysikalischer Prozess bei dem wahrend eines Stosses zwischen Atomen Molekulen oder Ionen ein oder mehrere Elektronen ausgetauscht werden Mit grosser Wahrscheinlichkeit werden dabei die Elektronen auf den Stosspartner mit der positiveren Ladung ubergehen So konnen z B im Sonnenwind enthaltene positive Ionen siehe auch hochgeladenes Ion beim Durchgang durch die einen Kometen umgebende dunne Gasatmosphare Elektronen einfangen und dabei Strahlung u a im Rontgenbereich emittieren StreuungIn der Teilchenphysik Atomphysik oder Kernphysik wenn Photonen oder Teilchen generell beteiligt sind spricht man auch von Streuung Auch hier bedeutet inelastische Streuung inelastischer Stoss dass die kinetische Energie nicht als solche erhalten bleibt sondern teilweise z B in Anregungsenergie verwandelt oder zum Aufbrechen von Bindungen verwendet wird Wenn ein Photon an einer inelastischen Streuung beteiligt ist andert sich im Allgemeinen seine Wellenlange Naheres siehe Streutheorie Siehe auchDrehstossLiteraturFelix Hausdorff Hrsg Christiaan Huygens Christiaan Huygens nachgelassene Abhandlungen Uber die Bewegung der Korper durch den Stoss Uber die Centrifugalkraft Akademische Verlagsgesellschaft Leipzig um 1921 L D Landau E M Lifschitz Mechanik Lehrbuch der theoretischen Physik Band 1 Unveranderter Nachdruck der 14 korrigierten Auflage 1997 Verlag Europa Lehrmittel Nourney Vollmer GmbH amp Co KG Haan Gruiten 2016 ISBN 978 3 8085 5612 2 Roger G Newton Scattering Theory of Waves and Particles Springer Berlin Heidelberg Berlin Heidelberg 1982 ISBN 978 3 642 88130 5 springer com abgerufen am 7 Marz 2022 WeblinksElastischer Stoss Der elastische Stoss in drei Dimensionen einschliesslich Herleitung unter Benutzung der Impuls und Energieerhaltung Video Inelastischer Stoss und Impulserhaltungssatz Jakob Gunter Lauth SciFox 2019 zur Verfugung gestellt von der Technischen Informationsbibliothek TIB doi 10 5446 40454 EinzelnachweiseKarl Eugen Kurrer Zur Darstellung der Energietransformation beim ebenen gekoppelten Reibungsstoss mit Hilfe des Energieentwertungsdiagramms In Cassius Alexandru Gunter Godert Uwe Gorn Roland Parchem Joachim Villwock Hrsg Beitrage zur Mechanik Festschrift zum 65 Geburtstag von Prof Dr Rudolf Trostel Universitatsbibliothek der TU Berlin Abt Publikation Berlin 1993 ISBN 3 7983 1581 7 S 148 169 R M Eisberg C E Porter Scattering of Alpha Particles In Reviews of Modern Physics Band 33 Nr 2 1 April 1961 ISSN 0034 6861 S 190 230 doi 10 1103 RevModPhys 33 190 aps org abgerufen am 7 Marz 2022 R J Slobodrian Elastic and Inelastic Scattering of 28 Mev Deuterons In Physical Review Band 125 Nr 3 1 Februar 1962 ISSN 0031 899X S 1003 1010 doi 10 1103 PhysRev 125 1003 aps org abgerufen am 7 Marz 2022 P Urban Zur Streuung schneller Elektronen an Kernen In Annalen der Physik Band 435 Nr 6 7 1943 S 557 564 doi 10 1002 andp 19434350614 wiley com abgerufen am 7 Marz 2022 L D Landau E M Lifschitz Mechanik 14 korr Auflage Lehrbuch der theoretischen Physik Nr 1 Verlag Europa Lehrmittel 1997 ISBN 3 8171 1326 9

Neueste Artikel
  • Juli 17, 2025

    Großes Sängerlexikon

  • Juli 17, 2025

    Großes Ochsenauge

  • Juli 17, 2025

    Großes Hexenkraut

  • Juli 16, 2025

    Großes Hauptquartier

  • Juli 17, 2025

    Großes Festspielhaus

www.NiNa.Az - Studio

    Kontaktieren Sie uns
    Sprachen
    Kontaktieren Sie uns
    DMCA Sitemap
    © 2019 nina.az - Alle Rechte vorbehalten.
    Copyright: Dadash Mammadov
    Eine kostenlose Website, die Daten- und Dateiaustausch aus der ganzen Welt ermöglicht.
    Spi.