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Impuls, Kraft, Drehimpuls, Drehmoment

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  • Lesezeit: 18 min
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Steckbrief

Der Impuls p beschreibt den Bewegungszustand eines Objektes. Es ist sozusagen der Schwung oder die Wucht, die ein Körper besitzt. Berechnet wird der Impuls aus dem Produkt von Geschwindigkeit Equation und der Masse Equation des Körpers:

Equation

Wie beim Energieerhaltungssatz bleibt nach dem Impulserhaltungssatz der Impuls eines geschlossenen Systems immer konstant. Das bedeutet, wenn zwei Körper zusammenstoßen, ist der Gesamtimpuls im System vor dem Stoß gleich groß wie nach dem Stoß. Er kann aber nach dem Stoß anders auf die Körper verteilt sein (denke dabei an zwei Billardkugeln, die zusammenstoßen).

Die Kraft entspricht der Trägheit eines Körpers. Sie ist die Ursache für die Veränderung des Bewegungszustandes eines Objekts und ist definiert als Produkt von Masse Equation mal Beschleunigung Equation:

Equation

Die Kraft bewirkt eine Änderung der Geschwindigkeit und damit auch des Impulses eines Körpers.

Der Drehimpuls L beschreibt den Impuls, den ein Körper auf einer Kreisbahn um eine Drehachse besitzt. Folglich fließt der Radius Equation des Kreises mit in die Formel ein:

Equation

Das Trägheitsmoment I ist die Trägheit des Körpers bei der Drehbewegung (analog zur Trägheit der Masse bei der Linearbewegung). Damit ist der Drehimpuls = Trägheitsmoment mal Winkelgeschwindigkeit:

Equation
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    Impuls und Impulserhaltung

    Wenn ein Lastwagen und ein Kleinwagen mit der gleichen Geschwindigkeit aufeinander zufahren, dann sagt unser Gefühl, dass ein Zusammenstoß der beiden für den Kleinwagen sehr wahrscheinlich ungünstig ausgeht. Der Grund dafür ist die unterschiedliche Masse Equation der beiden Wagen (nicht zu verwechseln mit dem Gewicht). Masse multipliziert mit Geschwindigkeit ergibt Impuls:

    Equation

    Diese Definition muss man einfach lernen, um mit ihr viele wichtige Probleme lösen zu können.

    Bei gleicher Geschwindigkeit Equation ist der Impuls des Lastwagens deshalb wesentlich größer als der Impuls des Kleinwagens. Am besten „übersetzen“ lässt sich Impuls mit „Schwung“ oder „Wucht“ eines Körpers.

    Der Impuls Equation ist ein Vektor und hat die gleiche Richtung wie Equation (Einheit: [Equation] = kg m/s).

    Impulserhaltungssatz

    Der Impulserhaltungssatz besagt, dass die Summe aller Impulse vor einem Stoß gleich der Summe aller Impulse nach dem Stoß ist. Das gilt aber nur, sofern während des Stoßprozesses keine äußeren Kräfte einwirken. Dann gilt der Impulserhaltungssatz unabhängig davon, ob es sich dabei um einen elastischen (wie z.B. bei Billardkugeln) oder einen inelastischen Stoß handelt (wie es beim Zusammenstoß zwischen Lastwagen und Kleinwagen durch Verformung der Fall ist).

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    Kräfteparallelogramm

    Zum Addieren der Vektoren Equation und Equation wird Vektor Equation so lange parallel verschoben, bis sein Ende auf der Spitze von Equation steht. Der Summenvektor Equation ist dann der rote Vektor, der vom Fußende des Vektors Equation zur Spitze des Vektors Equation zeigt. Man kann natürlich auch Vektor Equation so lange parallel verschieben, bis sein Fußende an der Spitze von Vektor Equation steht. Das Ergebnis ist dasselbe.

    (Quelle: Endspurt Physik, Thieme, 2020)
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      zuletzt bearbeitet: 09.11.2022
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