Unelastischer Stoß

Handelt es sich bei dem Stoß zweier Massen um einen unelastischen Stoß, so verschmelzen diese durch den Stoßprozess zu einem einzigen Körper.

Auch hier gilt wieder das Impulserhaltungsprinzip. Die Summe der Impulse vor dem Stoß muss also der Summe der Impulse nach dem Stoß entsprechen:

Es muss hierbei unterschieden werden zwischen der Anfangsgeschwindigkeit eines Körpers vor dem Stoß und der Endgeschwindigkeit eines Körpers nach dem Stoß. 

Betrachten wir nun zwei unelastische Körper (unelastischer Stoß), so verschmelzen diese Massen zu einem einzigen Körper. Das bedeutet also, dass die Endgeschwindigkeiten dann für beide Massen gleich sind, weil diese sich zusammen weiterbewegen:

Einsetzen in die obige Gleichung ergibt dann den Gesamtimpuls nach dem Stoß:

Die obigen Gleichungen sind für zwei am Stoß beteiligten Körper in vektorieller Form beschrieben worden. Für den Spezialfall, dass sich zwei Körper gradlinig aufeinander zu bewegen gilt dann:

Wir lösen nun die obige Impulsgleichung nach auf:

Die Engeschwindigkeit gilt also für beide Körper.

Anwendungsbeispiel: Unelastischer Stoß

1. Der Energieerhaltungssatz ist für den Wagen anwendbar:

Es sind keine Reibungskräfte bei dem Herunterrollen von der schrägen Ebene vorhanden, sodass der Energieerhaltungssatz angewendet werden kann, somit ist die Gesamtenergie hier konstant.

An Punkt A:

     da

An Punkt B:

     da

Gleichsetzen von Punkt A und Punkt B:

     |Umstellen nach

     |Wurzel ziehen

Der Wagen erreicht kurz vor dem Stoß eine Geschwindigkeit von .

2. Impulserhaltungssatz:

Vor dem Zusammenstoß hat der Wagen die Geschwindigkeit . Die Kiste befindet sich im Ruhezustand, d. h. ihre Geschwindigkeit beträgt .

Da es sich hier um einen unelastischen Stoß handelt, weisen sowohl der Wagen als auch die Kiste nachdem Zusammenstoß dieselbe Geschwindigkeit auf.

Der Impulserhaltungssatz lautet:

     |

     |:

3. Weg bestimmen:

Um den von der Kiste zurückgelegten Weg zu bestimmen, müssen wir zunächst die kinetische Energie beider Objekte betrachten. Kiste + Wagen bewegen sich kurz nach dem Stoß zusammen mit der Geschwindigkeit .

Zustand 1:

Die kinetische Energie beträgt . Als Nächstes müssen wir den Zustand 2 betrachten. In diesem ist die kinetische Energie gleich Null, da aufgrund der Reibung die Kiste und das Fahrzeug zum Stehen gebracht werden.

Zustand 2:

Wo ist die kinetische Energie hin?

Die kinetische Energie wurde vollständig zum Verrichten der Reibungsarbeit verbraucht:

Wir stellen als nächstes das Newtonsche Grundgesetz auf um die Reibungsarbeit zu bestimmen. Dabei darf hier nur die Kiste betrachtet werden, da der Wagen weiterhin keine Reibung aufweist.

Die x-Achse liegt in der Bewegungsrichtung.

     |, da keine Bewegung in y-Richtung erfolgt

Summe der Kräfte in x-Richtung

(zeigt in die negative x-Richtung)

Summe der Kräfte in y-Richtung

Einsetzen in das Newtonsche Grundgesetz:

(1)

(2)      |

(2)

Es gilt:

Reibungsarbeit:

Da die gesamte kinetische Energie zum Verrichten der Reibungsarbeit verbraucht wird, gilt:

     |:

Die Kiste und der Wagen legen eine Strecke von nach dem Zusammenstoß zurück.