Impuls, Impulsstrom und Kraft

Die resultierende Kraft ist gleich Masse mal Beschleunigung. Diese Gleichung, die sowohl ein Grundgesetz umfasst als auch die dynamische Grösse Kraft mit Hilfe der kinematischen (geometrischen) Grösse Beschleunigung definiert, soll in dieser Vorlesung auf eine umfassendere Basis gestellt werden. Dazu gehen wir vom Impuls als Primärgrösse aus. Den Impuls kennt jedes Kind unter dem Namen Wucht oder Schwung. Der Impuls ist allgegenwärtig. Ob man einen Nagel in die Wand schlägt oder mit dem Auto einen Inselschutzpfosten rammt, ohne Impuls würde hier gar nichts passieren.

Der Impuls und damit auch die Kraft transformieren sich wie Vektoren. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, führen wir ein erdfestes Koordinatensystem ein und diskutieren vorderhand nur eine Komponente des Impulses. Diese eine Komponenten lässt sich durchaus mit der elektrischen Ladung oder sogar mit dem Volumen einer Flüssigkeit verglichen. Je früher sie diese bildhafte Darstellung durchschauen, desto schneller werden Sie zu den Kernaussagen der Mechanik vorstossen.

Phänomene

Der Gleiter einer Luftkissenbahn bewegt sich, einmal angestossen, ungebremst nach rechts, bis er auf die Feder am Ende der Bahn trifft. Dieser Endanschlag wirft den Gleiter zurück, wonach dieser bis zum andern Anschlag zurück fährt, um dann wieder in die andere Richtung geworfen zu werden. Das Spiel wiederholt sich, bis der Schwung des Gleiters aufgebraucht ist. Diesen Begriff des Schwungs gilt es nun zu schärfen. Dazu machen wir ein paar kleine Experimente

1. Ein Gleiter bewegt sich mit der Geschwindigkeit 1.5 m/s auf einen ruhenden, gleich schweren Gleiter zu. Ein Klettverschluss sorgt dafür, dass die Gleiter nach dem Stoss zusammenbleiben. Die Gleiter bewegen sich nachher gemeinsam mit 0.75 m/s weiter. Weitere Experimente zeigen, dass die Geschwindigkeit unter diesen Umständen immer halbiert wird.
2. Verdoppelt man die Masse des auffahrenden Gleiters, steigt die gemeinsame Geschwindigkeit auf 1 m/s an. Verdoppelt man die Masse des anfänglich ruhenden Gleiters, beträgt die Geschwindigkeit nach diesem inelastischen Stoss nur noch 0.5 m/s.
3. Lässt man die beiden Gleiter mit exakt entgegengesetzt gleicher Geschwindigkeit gegeneinander gleiten, bleiben beide Körper nach einem inelastischen Stoss stehen.
4. Spannt man zwischen zwei Gleiter mittels zweier Fäden eine Feder, fahren die beiden Gleiter mit entgegengesetzt gleicher Geschwindigkeit auseinander, sobald die Fäden durchgetrennt werden.