Hier steht das Protokoll von Martin.

Protokoll 05.09.2011
Datum:
Kurs:
Fachlehrer:
Thema:
Protokollant:
10.09.2011
Physik-LK
Herr Winkowski
Stöße
Martin Machnow
I Besprechung der Hausaufgabe
Aufgabe:
5 Personen á 50 kg stehen in einer Reihe auf dem Eis. Jede von ihnen, beginnend
bei der Hintersten, stößt sich mit einer Geschwindigkeit u1 von 5 m/s von der
Vorderen ab. Welche Geschwindigkeit u2 wird die vordere Person nach dem Stoß
erreichen? (siehe Skizze 1)
Gegeben:
m1 = 50kg
Gesucht:
m2 = 200kg
u1 = 5m/s
Formel Explosionsstoß: u1/u2 = - m2/m1
Ansatz:
u1/u2 = - m2/m1 / *-m1 / *u2 / :m2
u2 = - m1*u1/m2
Rechnung I
u2 = - m1*u1/m2 = -50kg*5m/s/200kg = - 1,25 m/s
Rechnung II
u2 = - m1*u1/m2 = -50kg*5m/s/150kg = - 1,67 m/s
Rechnung III
u2 = - m1*u1/m2 = -50kg*5m/s/100kg = - 2,5 m/s
Rechnung IV
u2 = - m1*u1/m2 = -50kg*5m/s/50kg = - 5 m/s
Erklärung:
Die hinterste Person stellt die Masse m1 dar, deshalb ergibt das jeweilige
Gesamtgewicht aller verbleibenden Personen abzüglich m1 die Masse m2. Da
die Person am Ende anfangs still steht, ergibt deren Abstoßen die resultierende
Geschwindigkeit u1. Durch das jeweilige Abstoßen erreichen die verbleibenden
Personen die Geschwindigkeiten u2. Abschließend müssen die resultierenden
Geschwindigkeiten u2 addiert werden.
Rechnung V
u2ges = u2.I + u2.II + u2.III + u2.IV + u2.V
= - m/s(1,25+1,67+2,5+5) = - 10,42 m/s
Antwortsatz:
Die letzte Person erreicht nach dem Stoß eine Geschwindigkeit von 10,42 m/s.
u2
II Zusätzliche Überlegung zur Hausaufgabe
Fragestellung:
Mit welcher Geschwindigkeit bewegt sich der jeweils Abstoßende für einen
Außenstehenden von der verbleibenden Gruppe weg?
Gegeben:
im System
v1 = 0 m/s
u1 = 5 m/s
u2.I = - 1,25 m/s
u2.II = - 1,67 m/s
u2.III = - 2,5 m/s
Ansatz:
Geschwindigkeit von Außen betrachtet = Ausgangsgeschwindigkeit +
resultierende Geschwindigkeit
Rechnung I
u1.I = v1 + u1 = 0m/s + 5m/s = 5 m/s
Rechnung II
u1.II = u1.I + u2.I = 5m/s+(-1,25m/s) = 3,75 m/s
(Skizze 2)
Rechnung III
u1.III = u1.II + u2.II = 3,75m/s+(-1,67m/s) = 2,08 m/s
(Skizze 3)
Rechnung IV
u1.IV = u1.III + u2.III = 2,08m/s+(-2,5m/s) = - 0,42 m/s
(Skizze 4)
Erklärung:
Die erste sich abstoßende Person stößt sich von der stillstehenden Gruppe ab.
Deshalb sieht der Außenstehende die hinterste Person sich mit der tatsächlichen
Geschwindigkeit von der Gruppe wegbewegen. Da aber nun die Gruppe in
Bewegung ist, wirkt es auf den Beobachter, als stoße sich der nun Hinterste
mit geringerer Geschwindigkeit von der Gruppe ab. Es muss nämlich die
Geschwindigkeit der Gruppe mit der Stoßgeschwindigkeit verrechnet werden. Die
letzte Person, die sich abstößt, bewegt sich sogar zusammen mit der vordersten
Person in Stoßrichtung weiter. Denn die Summe resultierenden
Geschwindigkeiten übertrifft die Stoßgeschwindigkeit.
Antwortsatz:
Mit Ausnahme der ersten Person wirkt es auf den Beobachter, als
stießen sich die hinteren Personen mit immer geringer werdenden
Geschwindigkeiten ab.
Gesucht:
von Außen
u1
III Rechnen von Aufgaben
Aufgabe u) von Blatt 6
Aufgabe:
Ein nasser Fußball mit Masse m = 800 g fliegt mit einer Geschwindigkeit von
50 km/h waagerecht auf das Tor zu. Der Torwart mit der Masse m = 79 kg springt
senkrecht empor und fängt den Ball. Mit welcher Geschwindigkeit werden
Torwart und Ball in Richtung des Tores getrieben? (Skizze 5)
Gegeben:
m1 = 79 kg
Gesucht:
m2 = 0,8 kg
v1 = 0 m/s
v2 = 50 km/h
Formel unelastischer Stoß: u=(m1*v1+m2*v2)/(m1+m2)
u
Rechnung
u=(m1*v1+m2*v2)/(m1+m2) = 0,8kg*50km/h/79,8kg = 0,50 km/h
Antwortsatz:
Ball und Torwart gemeinsam bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von
0,50 km/h in Richtung Tor fort.
Aufgabe e) von Blatt 6
Aufgabe:
Ein Golfball (Masse m = 40 g, Geschwindigkeit v1 = 12 m/s) stößt elastisch
auf eine sich in dieselbe Richtung bewegende Stahlkugel (Masse m = 200 g,
Geschwindigkeit v2 = 4 m/s). Mit welchen Geschwindigkeiten u1 und u2 fliegen
beide Kugeln nach dem Stoß weiter? (Skizze 6)
Gegeben:
m1 = 0,04 kg
m2 = 0,2 kg
v1 = 12 m/s
v2 = 4 m/s
Formeln elastischer Stoß
Rechnung I
u1 = (2*m2*v2+(m1-m2)*v1)/(m1+m2)
= (2*0,2kg*4m/s+(-0,16kg)*12)/0,24kg
= - 1.33 m/s
Rechnung II
u2 = (2*m1*v1+(m2-m1)*v2)/(m1+m2)
= (2*0,04kg*12m/s+1,6kg*4m/s)/0,24kg
= 6,66 m/s
Antwortsatz:
Die Stahlkugel bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 6,67 m/s weiter,
wohingegen der Golfball sich mit einer Geschwindigkeit von 1,33 m/s in
entgegengesetzte Richtung zurück bewegt.
Gesucht:
u1
u2
IV Hausaufgabe
Vorführung:
Ein Tennisball wird mit einem darauf liegendem Gummi-Hüpfball zu Boden
fallen gelassen. Während der Tennisball sich nach Aufprall kaum bewegt, springt
der Gummiball mit verstärkter Energie weg.
Zu Hause soll überlegt werden, weswegen dies passiert. (Skizze 7)