The Trolleys Stick — Where Did the Energy Go?

Mechanik Mittel Kostenlos VR · AR
The Trolleys Stick — Where Did the Energy Go? – Mechanik
The Trolleys Stick — Where Did the Energy Go? – Mechanik

Zwei Laborwagen treffen auf einer waagerechten Bahn aufeinander. Wagen A fährt auf den ruhenden Wagen B zu, und Klettpolster an den einander zugewandten Enden lassen die beiden aneinander haften. Ein Handy auf einem kleinen Stativ filmt den Stoß neben einem Maßband mit 240 Bildern pro Sekunde, und die Szene läuft achtmal langsamer als in Wirklichkeit, so wie die Zeitlupenaufnahme. Drei Schieberegler stellen die Masse jedes Wagens und die Geschwindigkeit von A ein; die Schlitzgewichte erscheinen auf den Wagen, sobald Sie sie hinzufügen. Drücken Sie auf Abspielen, und der Clip läuft einmal ab: Die Polster werden gestaucht und glühen auf, dann rollen beide Wagen gemeinsam weiter, langsamer.

So benutzt du diese Simulation

Worauf du achten solltest

Die Physik dahinter

Die Bewegungsrichtung von A ist positiv. Die Polster drücken die beiden Wagen mit gleich großen, entgegengesetzten Kräften, daher kann sich der Gesamtimpuls nicht ändern: mA vA = (mA + mB) v′, also v′ = mA vA/(mA + mB). Mit den Startwerten ist v′ = 1,0 × 4,0 / 2,5 = 1,6 m/s. Die kinetische Energie beträgt vorher ½ × 1,0 × 4,0² = 8,0 J und nachher ½ × 2,5 × 1,6² = 3,2 J; der Bewegung gehen also 4,8 J verloren, 60 %. Vernichtet werden sie nicht. Im Modell sind sie die Arbeit, mit der die Schaumpolster gestaucht werden, die von den Haken gestaucht gehalten werden; bei einem echten Stoß werden sie zu innerer Energie aus Verformung, Schwingung und Erwärmung, dazu etwas Schall. Der verlorene Anteil ist mB/(mA + mB): Er wächst, je schwerer B ist, sinkt, je schwerer A ist, und die Geschwindigkeit von A ändert die verlorene Energie, nicht aber den Anteil. Der Filmstreifen liest die Mittelmarke von A bei jedem 8. Bild ab, im Abstand von 1/30 s, über gleich viele Bildabstände vor und nach dem Aufprall: 0,400 m in 0,100 s ergeben vorher 4,0 m/s, 0,160 m in 0,100 s danach 1,6 m/s.

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