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Zentrale Experimente Physik GOSt

Betreff:

Der Rückstoß

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Ein Rückstoß tritt auf, wenn beispielsweise eine Gewehrkugel abgeschossen oder eine Rakete angetrieben wird, ein Tintenfisch oder eine Qualle sich in eine Richtung bewegt, das Torfmoos seine Sporenkapseln in die Luft schießt, ... und wenn wir einfach über den Boden gehen.
Man kann sagen: Immer dann, wenn "Etwas" seine Bewegung in eine Richtung ändert, gelingt dies nur, wenn "etwas Anderes" sich dabei in die Gegenrichtung bewegt. So bewegt sich die Gewehrkugel nach vorne und der Rückstoß des Gewehrkolbens ist nach hinten gerichtet, die Rakete bewegt sich nach vorn und die sie antreibenden Gase bewegen sich nach hinten, der Tintenfisch bzw. die Qualle bewegt sich nach vorn und das von ihm bzw. ihr ausgestoßene Wasser bewegt sich nach hinten, das Torfmoos wird nach unten gedrückt, um den Kapselinhalt nach oben wegzuschleudern.
Immer wird dabei Energie (in unterschiedlicher Form) genutzt, um Dingen eine kinetische Energie zu verleihen.

Aus Sicht des Impulserhaltungssatzes ist festzustellen: Vor dem Ereignis ist der Gesamtimpuls null, also muss er auch nach dem Ereignis null sein. Wenn also nach dem Ereignis sich "Etwas" in eine Richtung bewegt, bewegt sich nach dem Ereignis "etwas Anderes" in die Gegenrichtung und zwar in der Art, dass der Impulserhaltungssatz erfüllt ist:  $0=\vec{p}_{Etwas}+\vec{p}_{etwas Anderes}$ bzw.  $\vec{p}_{etwas Anderes}=-\vec{p}_{Etwas}$ .

Ließe man das Sich-Abstoßen der Eisläuferinnen zeitlich umgekehrt ablaufen, dann sähe man zwei Personen, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aufeinander zufahren und beim Aufeinandertreffen unmittelbar zum Stillstand kommen. Umgangssprachlich könnte man sagen, dass beide vor dem Stoß gleich viel "Schwung" hatten, da keine die andere in ihrer Wirkung übertrifft.
Erläutern Sie damit, inwiefern dieses Beispiel die Festlegung (des Betrages) des Impulses als $p=m\cdot v$ als sinnvoll erscheinen lässt.

In der folgenden Datei lassen sich die Massen der beiden Personen in gewissen Grenzen einstellen. Vektoriell dargestellt werden dann jeweils die Geschwindigkeiten bzw. deren Verhältnis, mit denen sich die Personen $P_1$ und $P_2$ voneinander entfernen können.
Erläutern Sie die Darstellung unter Berücksichtigung der festen Position des Schwerpunkts $S$.

Erläutern Sie, woran man bei den folgenden Ereignissen erkennt bzw. erkennen müsste, dass ein Rückstoß auftritt:
➡ beim Rudern 
➡ beim Springen aus einem (kleinen) Boot auf den Anlegesteg
➡ beim Gehen auf dem Boden oder beim Fahren eines Fahrrads/Wagens
➡ beim Fliegen der Vögel



 

Das nebenstehende Bild zeigt eine Mutter mit Tochter, die sich, auf Schlittschuhen stehend, voneinander abstoßen.

Erläutern Sie, wie sich beide nach dem Abstoßen voneinander voneinander entfernen, und begründen Sie Ihre Darstellung.

Skizzieren Sie in nebenstehendem Bild die Geschwindigkeitsvektoren nach dem Stoß (in willkürlichen Einheiten).


Stift
Radierer
verändert nach unbekannter Quelle

Sehen Sie sich dieses Video an, das in der Internationalen Raumstation ISS aufgenommen wurde. Hier wird der Impulserhaltungssatz beim Rückstoß sehr anschaulich demonstriert.

Erklären Sie mit eigenen Worten, warum die beiden Vorgänge des Wegstoßens des Basketballes und des Wegstoßens des zweiten Astronauten so unterschiedliche Ergebnisse zeigen. Argumentieren Sie mit realistischen Werten für die relevanten Massen.

Goldkuhle 2021

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