Stepping onto the Dock — Why the Boat Moves Back

Mechanik Einsteiger Kostenlos VR · AR
Stepping onto the Dock — Why the Boat Moves Back – Mechanik
Stepping onto the Dock — Why the Boat Moves Back – Mechanik

Ein kleines hölzernes Ruderboot liegt mit dem Heck an einer steinernen Kaimauer, an einem aufgehängten Reifenfender, und eine Person steht im Heck, bereit zum Aussteigen. Niemand schiebt das Boot, und doch gleitet es rückwärts, sobald die Person auf den Kai tritt, und die Wasserlücke wird größer. Drei Schieberegler stellen die Masse der Person ein, wie schnell sie aussteigt, und die Masse des Bootes mit seiner Ladung (Kisten zu je 20 kg). Ein Druck auf Abspielen zeigt den ganzen Schritt einmal in Echtzeit: den hinteren Fuß, der gegen das Boot drückt, den vorderen Fuß, der auf den Kai schwingt, das zurückweichende Boot und den Wasserwiderstand, der es bremst. Ziehen Sie die Zeitleiste zu jedem Moment, um ihn noch einmal anzusehen.

So benutzt du diese Simulation

Worauf du achten solltest

Die Physik dahinter

Betrachten Sie Person und Boot als ein System, die Richtung zum Kai als positiv. Vor dem Schritt ruht alles, der Gesamtimpuls ist also 0. Während des Abstoßens wirken als einzige waagerechte Kräfte die, die der hintere Fuß und das Boot aufeinander ausüben: gleich groß, entgegengesetzt gerichtet und gleich lange wirkend. Sie erzeugen gleich große, entgegengesetzte Kraftstöße, und p(Person) + p(Boot) bleibt 0. Verlässt die Person das Boot mit der Geschwindigkeit v, muss das Boot −mv aufnehmen; seine Rückstoßgeschwindigkeit ist V = −mv/M. Mit 60 kg und 1,50 m/s trägt die Person +90 kg·m/s davon, und ein leeres 60-kg-Boot weicht mit −90/60 = −1,50 m/s zurück; auf 220 kg beladen, gibt ihm derselbe Schritt nur −0,41 m/s. Das Abstoßen dauert so lange, wie sich das hintere Bein strecken kann: 0,30 s bei diesen Werten. Der seitliche Schub des Wassers in dieser kurzen Zeit ist vernachlässigbar; danach ist der Wasserwiderstand eine Kraft von außerhalb des Systems, und der Impuls des Bootes allein nimmt ab.

conservation of momentumrecoilisolated systemp = mvV = −mv/Mboat3D