Lösung zu Puffer-Prüfstand

Der schwerere Wagen stehe links, die positive Richtung zeige nach rechts.

1. Die Hydraulik fördert zuerst Impuls vom rechten in den linken Wagen. Die Stangen werden auf Zug belastet, weil der Impuls gegen die Bezugsrichtung fliesst. Beim Aufprall fliesst der Impuls durch die Puffer vom linken in den rechten Wagen zurück. Sobald die Wagen still stehen, sind die Puffer voll eingefahren. Beim Ausfahren wird - vor allem durch die Wirkung der Ringfeder - zusätzlich Impuls vorwärts, also von links nach rechts gepumpt. Danach fahren die Wagen zurück. Am Schluss werden die Wagen von der Hydraulik abgebremst. Dabei fliesst nochmals Impuls von rechts nach links durch die Zugstangen der Hydraulik.
2. Bei der Schwab-Methode bleibt der Massenmittelpunkt des Gesamtsystems immer in Ruhe. Die Hydraulik muss nur soviel Energie aufwenden, wie die Puffer im Idealfall aufnehmen. Lässt man einen Wagen gegen einen ruhenden rollen, ist die kinetische Energie des Hammerwagens anfänglich grösser als die von den Puffern aufzumehmende, wie aus dem Flüssigkeitbild klar hervorgeht.
3. Die Stärke des durch die Puffer fliessenden Impulsstromes erreicht eine Stärke von knapp 1000 kN. Folglich sollte die Beschleunigung der Wagen (Impulsänderungsrate geteilt durch die Masse) höchstens 22.2 m/s² und 25m/s² betragen.
4. Die Puffer haben eine relativ kleine Masse. Deshalb fliesst der Impuls direkt von einem Wagen in den andern, die "Pufferkraft" ist bei beiden Puffern zu jedem Zeitpunkt gleich gross. Weil sich der Ringfederpuffer beim Einfahren wie eine gewöhnliche Feder verhällt, geht er bei etwa 600 kN ziemlich schnell auf Block. Der Hydraulikpuffer ist dann plötzlich mit einer grösseren Geschwindigkeitsdifferezn konfrontiert und reagiert entsprechend steiffer.
5. Die von den Puffern aufgenommene Energie entspricht der Fläche unter der Kraft-Hub-Kurve.
6. Anfänglich bewegen sich die Wagen im umgekehrten Verhältnis ihrer Massen aufeinander zu, also mit 1.9 m/s und 1.69 m/s. Weil der Massenmittelpunkt in Ruhe bleibt, ist die von den Puffern aufzunehmende Energie gleich der Summe der beiden kinetischen Energien, als gleich 64.3 kJ und 72.2 kJ. Die von den Wagen aufgenommene Energie ist damit gleich 64.3 kJ + 72.2 kJ - (63.4 kJ - 33.6 kJ) = 39.5 kJ. Dieser relativ grosse Anteil hängt mit Schlag zusammen, der entsteht, wenn der Ringfederpuffer auf Block geht. Dann rutscht auch die Ladung trotz massiver Befestigung ein wenig.

Aufgabe