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© Horst Hübel Würzburg 2005 - 2014

Impuls-Erhaltungssatz vor Energie-Erhaltungssatz

Diese Reihenfolge scheint besonders günstig zu sein, weil bei Stoß-Experimenten das Phänomen der Impuls-Erhaltung in einer Eindringlichkeit herauskommt, die beim Energie-Erhaltungssatz nur schwer zu erreichen ist. Es wird auch klar, dass der Grund für die Definition eines neuen Begriffs, des Impulses p, eben genau der ist, dass er bei Stößen erhalten bleibt.

Nachdem geklärt ist, dass jetzt eine neue Art von Mechanik beginnen soll, die anders als die Newtonsche Mechanik auf den Kraftbegriff verzichtet (der Name "Mechanik der Erhaltungssätze" wird noch nicht verraten), werden Stoßexperimente an der Fahrbahn durchgeführt.

Stoß zweier einander entgegen laufender Gleiter auf der Fahrbahn mit gleichen Massen, mit Lichtschranken vermessen. Hier die Beträge der gemessenen Geschwindigkeiten vor dem Stoß. Aus der Impulssumme lässt sich die Masse herauskürzen und liefert die Geschwindigkeitssumme (0,304 m/s - 0,187 m/s = ) 0,117 m/s
Geschwindigkeiten desselben Versuchs nach dem Stoß: Die Geschwindigkeitssumme ist hier 0,125 m/s. Die Abweichung der beiden Geschwindigkeitssummen beträgt in diesem Versuch ca. 7 %, häufig ist die Abweichung geringer.

Die Genauigkeit hängt davon ab, dass die Fahrbahn horizontal justiert wurde, und dass die Gleiter beim Anschieben keinen seitlichen Stoß bekamen. Mit etwas Übung lässt sich das perfektionieren. Häufig wirkte es sich günstig aus, wenn die beiden Gleiter mit der Hand nicht gleich durch die Lichtschranken geschossen wurden, sondern erst gegen die Prallböcke an den Enden der Fahrbahn.

IES:      Bei elastischen wie inelastischen Stößen bleibt der Gesamtimpuls konstant bzw. "erhalten".

Auch mit dem Sonarmeter lässt sich der IES eindrucksvoll nachweisen. Ich habe es aber immer vorgezogen, zuerst darauf zu verzichten. Der Versuch ist zu einer Wiederholung geeignet und zeigt eindrucksvoll noch eine Besonderheit, nämlich, dass der Gesamtimpuls sogar während des Stoßes konstant bleibt. Der Versuch scheint mir weniger gut geeignet zu sein, den Zusammenhang mit Masse und Geschwindigkeit zu erarbeiten.

Realer Stoß zweier Gleiter gleicher Massen auf der Luftkissenfahrbahn von denen einer vor dem Stoß ruhte, gemessen mit zwei gegenläufig schauenden Sonarmetern. Man erkennt hier, dass die Geschwindigkeitssumme sogar während des Stoßes (recht gut) konstant ist. Eine solche Darstellung zu "lesen" müssen Schüler allerdings erst lernen.

Realer Stoß zweier Gleiter gleicher Massen auf der Luftkissenfahrbahn, die vor dem Stoß aufeinander zu fuhren, gemessen mit zwei Sonarmetern. Auch hier ist die Geschwindigkeitssumme (mittlere Kurve) sogar während des Stoßes (recht gut) konstant.

So eindrucksvoll diese Bilder sind, das Erhaltungsphänomen und der Bilanzcharakter des Impuls-Erhaltungssatzes kommen m.E. beim Versuch mit Lichtschranken besser heraus. Mit zwei Infrarot-Bewegungsmesswandlern lassen sich die Versuche auch als Schülerversuche durchführen (Vgl. Buch "Schülerversuche mit PC ... ). Die leichte scheinbare Änderung des Gesamtimpulses während des Stoßes kommt möglicherweise durch ein Nachwippen des Schallreflektors auf den Gleitern zustande.

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