Bed or Tiles — Same Fall, Different Stop

Mechanik Einsteiger Kostenlos VR · AR
Bed or Tiles — Same Fall, Different Stop – Mechanik
Bed or Tiles — Same Fall, Different Stop – Mechanik

Warum geht ein Handy seltener kaputt, wenn es aus derselben Höhe auf ein Bett fällt statt auf einen Fliesenboden? Zwei gleiche Handys hängen nebeneinander, jedes in derselben Höhe über seiner eigenen Oberfläche – eines über einem Bett, eines über den Fliesen. Mit der Wiedergabetaste fallen beide zugleich; der Fall läuft einmal ab, und die Zeitleiste lässt sich zu jedem Moment ziehen. Schieberegler stellen die Fallhöhe, die Masse des Handys und die Nachgiebigkeit der Matratze ein. Der Fall wird in Zeitlupe gezeigt, im Moment des Aufpralls noch langsamer, und zwei Kraft-Zeit-Diagramme auf einer gemeinsamen Zeitachse zeichnen auf, wie jede Oberfläche ihr Handy abbremst.

So benutzt du diese Simulation

Worauf du achten solltest

Die Physik dahinter

Jedes Handy erreicht seine Oberfläche mit v = √(2gh) und bleibt liegen, ohne abzuprallen; beide verlieren also denselben Impuls, Δp = mv: Für das voreingestellte Handy von 0,18 kg aus 1,00 m sind v = 4,43 m/s und Δp = 0,80 N s. Verschieden ist die Bremszeit. Im Modell drückt jede Oberfläche umso stärker, je schneller sich das Handy noch in sie hineinbewegt. Die Matratze lässt das Handy um die gewählte Strecke einsinken (voreingestellt 8 cm) und stoppt es in etwa 0,050 s; Hülle und Fliesen geben zusammen nur etwa 1,3 mm nach und stoppen es in etwa 0,0008 s. Das zweite newtonsche Gesetz in Impulsform liefert die mittlere resultierende Kraft F = Δp/Δt: etwa 16 N auf dem Bett gegenüber rund 1000 N auf den Fliesen, etwa 60-mal so viel. Die Diagramme zeigen die resultierende Kraft – den Druck der Oberfläche abzüglich des Gewichts des Handys –, sodass die Fläche unter jedem Kraftstoß genau Δp beträgt: ein flacher, breiter Stoß beim Bett, ein hoher, schmaler bei den Fliesen. Eine größere Fallhöhe oder ein schwereres Handy erhöhen Δp und beide Kräfte; eine nachgiebigere Matratze verlängert den Bremsvorgang im Bett und senkt dessen Kraft. Im Modell bricht das Glas, wenn der Druck darauf 700 N übersteigt.

impulsemomentumF = Δp/Δtstopping timeforce–time graphphone drop3D