Autor: Holger Köster

Stoßgesetze

Versuchsaufbau:

Wir wollen anhand zweier Körper den elastischen und den inelastischen Stoß durchführen. Stoßen zwei oder mehrere Körper gegeneinander, so ändern sich ihre Geschwindigkeiten, damit sowohl ihre kinetischen Energien als auch ihre Impulse.
Es gelten ihre Erhaltungssätze für Energie und Gesamtimpuls, sofern keine Energie in nicht mechanische Energieform umgesetzt wird, liegt ein inelastischer Stoß vor.
Als Spezialfall ist hiervon der vollkommen inelastische Stoß anzusehen, bei dem beide am Stoß beteiligten Körper nach dem Stoß eine einheitliche Geschwindigkeit besitzen.
Es gilt dann der Impulserhaltungssatz.

Versuchsdurchführung:

Um den elastischen und den inelastischen Stoß durchzuführen, benutzen wir zwei Wagen die sich auf einer Luftkissenbahn befinden. Jeder Versuch (elastisch und inelastisch) wird mehrmals durchgeführt, wobei der angestoßene Wagen beschwert wird (Leer/20g/100g) und mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit (Federstellung 1,2 und 3) auf den zweiten Wagen prallt. Um herauszufinden, ob bei dem elastischen Stoß Energie verloren geht, lassen wir zunächst nur Wagen 1 auf der Luftkissenbahn durch die Lichtschranke, die an einem digitalen Zeitmesser angeschlossen ist, fahren. Bei diesem Wagen messen wir die unterschiedlichen Geschwindigkeiten, die jeweils mit den unterschiedlichen Belastungen (Gewichte) auftreten (Tabelle 1).
Diese Ergebnisse vergleichen wir später mit den Ergebnissen aus unserem elastischen Stoß (Tabelle 2) und können so feststellen, ob Energie verloren gegangen ist.

Elastischer Stoß:

Bei dem elastischem Stoß wird einer der Wagen mit jeweils unterschiedlicher Geschwindigkeit auf den zweiten Wagen fahren. Die Masse der zwei Wagen wird durch Gewicht verändert. Nachdem der erste Wagen den zweiten wagen angestoßen hat, sollte der erste Wagen stehen bleiben und der zweite mit der Geschwindigkeit des ersten Wagens weiter fahren. Dies wäre dann der vollkommene elastische Stoß.

Der Energiesatz für die Erhaltung der kinetischen Energie lautet:

Und der Impulssatz:

Für den Gesamtimpuls gilt:

Für die Energie gilt:

Auswertung:

m₁=210,8g ; m₂=211,8g

m₁=210,8g ; m₂=231,8g

Auswertung:

m₁=210,8g ; m₂=311,8g

Auswertung:

m₁=210,8g ; m₂=311,8g

Die errechnete Geschwindigkeit des Wagens 1 ist ungefähr gleich mit der Geschwindigkeit der Kalibrierung im Versuch.

Vor dem Stoß:

Nach dem Stoß:

Inelastischer Stoß:

Bei dem inelastischen Stoß wird der erste Wagen mit einer Geschwindigkeit, die sich von Versuch zu Versuch ändert, auf den zweiten Wagen treffen. Die beiden Wagen bleiben mittels Knete aneinander haften, die sich am Berührungspunkt der beiden wagen befindet. Dadurch werden beide Wagen gemeinsam durch die Lichtschranke fahren. Aus dieser gemeinsamen Geschwindigkeit lassen sich verschiedene Berechnungen durchführen.

Bei diesem Stoß bleibt die mechanische Energie nicht erhalten; sie wird zum größten Teil in Verformungsenergie (Knete), sowie in Wärme umgewandelt. Bei diesem Versuch unter anderem auch in Reibungsenergie (Verbindung zwischen Knete und Stift).
Dann bleibt nur der Impuls des Systems erhalten. Ein Spezialfall ist der vollkommene inelastische Stoß.

Für die Geschwindigkeit gilt dann:

Und folglich gilt für die gemeinsame Geschwindigkeit:

Ergebnisse:

Elastischer Stoß:

Fehlerquellen:

Rechnung:

· Rundungsfehler
· Fehler in der Gewichtsangabe
· Kalibrierungsfehler bei der Geschwindigkeitsmessung

Messung:

· Reibung
· Fehler in der Gewichtsangabe
· Kalibrierungsfehler bei der Geschwindigkeitsmessung
· Fehler in der Versuchsdurchführung

Ergebnisse:

Inelastischer Stoß:

Fehlerquellen:

Rechnung:

· Rundungsfehler
· Fehler in der Gewichtsangabe
· Kalibrierungsfehler bei der Geschwindigkeitsmessung

Messung:

· Reibung
· Fehler in der Gewichtsangabe
· Kalibrierungsfehler bei der Geschwindigkeitsmessung
· Fehler in der Versuchsdurchführung