Quelle: Nicholas Timmons, Asantha Cooray, PhD, Department of Physics & Astronomie, School of Physical Sciences, University of California, Irvine, CA

Das Ziel dieses Experiments ist das Konzept der Impulserhaltung zu testen. Durch die Einrichtung einer Oberfläche mit sehr wenig Reibung, können Kollisionen zwischen sich bewegenden Objekte untersucht werden, einschließlich deren Anfangs- und Endwert Momenta.

Die Impulserhaltung ist eines der wichtigsten Gesetze in der Physik. Wenn etwas in der Physik erhalten bleibt, ist der anfängliche Wert gleich auf den Endwert. Für Dynamik bedeutet dies, dass die gesamte erste Dynamik eines Systems die insgesamt letzte Dynamik gleich sein wird. Newtons zweite Gesetz besagt, dass die Kraft auf ein Objekt gleich die Änderung in das Objekt Schwung mit der Zeit sein wird. Diese Tatsache, verbunden mit der Idee, dass Impuls ist erhalten, die Funktionsweise der klassischen Mechanik untermauert und ein leistungsfähiges Problemlösungs-Werkzeug ist.

Dynamik ist definiert als die Masse eines Körpers mal seine Geschwindigkeit :

. (Gleichung 1)

Dynamik im Hinblick auf die einwirkenden Kräfte auf ein Objekt (Newtons zweites Gesetz) kann man auch definieren:

. (Gleichung 2)

Hier, ist die erste Dynamik und ist der letzte Impuls, mit dem gleichen Übereinkommen zur Zeit und . Die Summe der einwirkenden Kräfte auf ein Objekt entspricht die Änderung des Impulses des Objekts mit der Zeit. Daher gibt es keine Nettokraft, die auf ein Objekt wirkt, wird die Änderung in das Momentum Null sein. Anders ausgedrückt: in einem geschlossenen System mit keine äußeren Kräfte, die anfängliche Dynamik werden gleich den letzten Schwung.

Dieses Konzept wird im Rahmen der eindimensionale und zweidimensionale Kollisionen am leichtesten verstanden. Im eindimensionalen Kollisionen, ein Objekt mit Masse und anfängliche Geschwindigkeit kollidiert mit einem anderen Objekt mit Masse und anfängliche Geschwindigkeit . Bei diesen Kollisionen werden äußere Kräfte auszugehen, zu klein zu wirken. Im Labor wird ein Luft-Track verwendet, um die Reduzierung der Reibung, eine externe Kraft auf die Segelflugzeuge. Wenn die ursprüngliche Dynamik der letzte Impuls, dann entspricht:

, (Gleichung 3)

wo die grundierten Geschwindigkeiten darstellen, dass endgültige Geschwindigkeiten und die ungestrichenen Geschwindigkeiten die Anfangsgeschwindigkeiten darstellen.

Abbildung 1 . Versuchsaufbau.

1. das Verständnis des Photogate Timers.

1. Mit einer Waage, Messen Sie und notieren Sie die Masse jedes Segelflugzeug.
2. Legen Sie ein Segelflugzeug auf der Strecke mit einem Photogate Timer.
3. Stellen Sie den Photogate Timer zur Einstellung "Tor".
4. Wenn der Schirm der Photogate durchläuft, wird es die Zeiten aufzuzeichnen, an der die Flagge über dem Schirm durch das Tor geht. Auf einer hin-und Rückfahrt wird die Photogate keine neue Zeit angezeigt. Schalter der Knebel zu "lesen", so dass es, die erste Zeit zuzüglich der Zeit des zweiten angezeigt wird pass durch das Tor.
5. Die Flagge ist 10 cm lang; bestimmen Sie die Geschwindigkeit des Gleitschirms mit der Tatsache, dass die Geschwindigkeit Strecke geteilt durch Zeit.
6. Senden Sie das Segelflugzeug durch die Photogate mehrmals, einschließlich der hin-und Rückflüge nach es der gegenüberliegenden Wand prallte hat und Messen Sie die Geschwindigkeiten, um mit der Ausrüstung vertraut. Denken Sie daran, dass Geschwindigkeit eine Richtung hat. Lassen Sie die Anfangsgeschwindigkeit Richtung positiv darstellen und die entgegengesetzte Richtung negative Velocity-Werte darstellen.

(2) zwei Segelflugzeuge gleich Masse.

1. Platzieren Sie zwei Segelflugzeuge und zwei Photogate Timer auf der Strecke, wie in Abbildung 1.
2. Verwenden Sie Gleichung 3 um den Ausdruck für die endgültige Geschwindigkeit zu bestimmen. In diesem Teil des Experiments startet Segelflugzeug B vom Rest.
3. Schirm geben einige Anfangsgeschwindigkeit so, daß es mit Segelflugzeug B. Datensatz die Anfangsgeschwindigkeit des Schirms A kollidieren wird, sowie die endgültige Geschwindigkeiten jedes Segelflugzeug. Tun Sie dies drei Mal, tragen Sie Ihre Ergebnisse und vergleichen Sie diese mit der theoretischen Vorhersage.

3. zwei Segelflugzeuge der ungleichen Masse.

1. Fügen Sie 4 Gewichte, Segelflugzeug B, die doppelte seiner Masse werden. Wiederholen Sie die Schritte 2.1-2.3.

4. gleich Massen Rest nicht ab

1. Entfernen Sie die Gewichte von Schirm B.
2. Wiederholen Sie die Schritte 2.1-2.3, aber geben Sie Schirm B eine Anfangsgeschwindigkeit als auch in Richtung Segelflieger A.

Tabelle 1. Ergebnisse aus zwei Segelflugzeuge gleich Masse.

Segelflugzeug (Testversion)	(cm/s)	(cm/s)	(cm/s)	(cm/s)	Unterschied (%)
(1)	72,5	-0,2	-	-	-
B (1)	0.0	67,1	72,5	66,9	8
A (2)	35,6	0,3	-	-	-
B (2)	0.0	37,4	35,6	37,7	6
(3)	47,4	0.0	-	-	-
B (3)	0.0	47,8	47,4	47,8	1

Tabelle 2. Ergebnisse aus zwei Segelflugzeuge der ungleichen Masse.

Segelflugzeug (Testversion)	(cm/s)	(cm/s)	(kg cm/s)	(kg cm/s)	Unterschied (%)
(1)	52,9	-10.7	-	-	-
B (1)	0.0	37,7	52,9	64,7	22
A (2)	60.2	-13.2	-	-	-
B (2)	0.0	41,5	60.2	69,8	16
(3)	66,2	-12,0	-	-	-
B (3)	0.0	45.9	66,2	79,7	20

Tabelle 3. Ergebnisse von gleicher Massen nicht vom Rest ab.

Segelflugzeug (Testversion)	(cm/s)	(cm/s)	(cm/s)	(cm/s)	Unterschied (%)
(1)	48,8	-29.9	-	-	-
B (1)	-42.4	39,8	6.4	9.9	55
A (2)	38,6	-25.2	-	-	-
B (2)	-33.4	32,8	5.2	7.6	46
(3)	38,9	-43.1	-	-	-
B (3)	-48.5	36,3	-9.6	-6,8	41

Die Ergebnisse für die Schritte 2, 3 und 4 bestätigen die Prognosen von Gleichung 3. In Schritt 2 kommt Segelflugzeug A ein fast vollständig zum Stillstand nach einer Kollision mit Segelflugzeug B. Daher fast alle seine Dynamik auf Schirm B. übertragen In Schritt 3 kommt die Gleiter A nicht zum Stillstand nach einer Kollision mit schwerer Schirm B. Stattdessen kehrt es in die entgegengesetzte Richtung nach Vermittlung etwas an Dynamik zu Schirm B. In Schritt 4 bleibt die gesamte Dynamik des Systems unverändert, trotz ändert sich die Richtung der beiden Schirme. Die Tatsache, dass in einigen Fällen die gesamte Dynamik scheint zu erhöhen und die Geschwindigkeiten der beiden Segelflugzeuge Abnahme bezieht sich auf die Tatsache, dass experimentelle Fehler vorliegt und der Kollisionen selbst nicht vollkommen elastisch sind. Schall- und Wärmeschutz, da durch die Kollisionen können Energie aus dem System nehmen. Die Tatsache kann, dass die Luft Strecke möglicherweise nicht völlig Ebene das Verhalten der Geschwindigkeiten der Schirme ändern. Wenn die Strecke sogar leicht geneigt ist, erhöht sich die Geschwindigkeiten in diese Richtung aufgrund der Schwerkraft. Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass die gesamten Dynamik des Systems, unabhängig von Anfangsgeschwindigkeiten, konstant bleibt.

Ohne Schwung Erhaltung würde Raketen nie den Boden verlassen. Drücken Sie Raketen nicht wirklich gegen alles-sie verlassen sich auf Schub zum abheben. Zunächst, der Kraftstoff von einer Rakete und die Rakete selbst sind unbeweglich und haben null Dynamik. Wenn Sie starten, treibt die Rakete abgebrannten Brennelemente aus sehr schnell. Diese Brennelemente hat Masse und Impuls. Wenn der letzte Schwung gleich den ersten Schwung (null) sein muss, dann muss es etwas Schwung in die entgegengesetzte Richtung des verworfenen Kraftstoffs. Somit wird die Rakete nach oben angetrieben.

Wer jemals eine Waffe abgefeuert hat versteht der Impulserhaltung. Wie die Rakete/Fuel-System von oben startet das Waffe/Munition-System auch in Ruhe. Wenn die Munition aus der Pistole mit einer enormen Geschwindigkeit ausgelöst wird, muss etwas Schwung in die entgegengesetzte Richtung, die Dynamik der Gewehrkugel zu stornieren. Dies ist bekannt als Rückstoß und kann sehr kraftvoll sein.

Das beliebte Schreibtisch Ornament, das aus mehreren Metallkugeln von Saiten hängen besteht nennt man eine "Newtons Wiege" aus gutem Grund. Es ist ein weiteres Beispiel für die Impulserhaltung. Wenn ein Ball aufgehoben und freigegeben ist, erscheint es seinem Nachbarn, ihren Schwung zu übertragen. Die Dynamik fährt auf der ganzen Linie, bis der letzte Ball die Dynamik des ersten hat, wodurch es zu nach außen schwingen. Dies würde ewig dauern, wenn nicht für äußere Kräfte, wie Luft Widerstand und Energieverluste durch die Kollisionen gehen.

In diesem Experiment wurde das Gesetz der Impulserhaltung überprüft, unter Berücksichtigung der Kollision von zwei Segelflugzeuge in der Nähe von frictionless planmäßig. Dieses fundamentale Gesetz ist vielleicht wichtigsten wegen seiner Leistung, Probleme zu lösen. Wenn jemand, die ersten Momenta weiß, dann die endgültige Momenta kennt und umgekehrt.