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Impuls

Synonyme: Bewegungsgröße, Bewegungsmenge
Englisch: momentum

1 Definition

Der Impuls ist eine physikalische Größe, welche die Bewegung eines Massekörpers beschreibt. Da der Impuls stark an die Geschwindigkeit geknüpft ist, ist auch dieser eine gerichtete Vektorgröße.

2 Hintergrund

Der Begriff Impuls lässt sich anhand eines einfachen Beispiels erklären: Man stelle sich zwei Eisenbahnwagons vor, die jeweils die Masse m1 und m2 aufweisen und auf einer ebenen Bahn (reibungsfrei) stehen. Zwischen ihnen befindet sich eine gespannte Sprungfeder, die beide Wagen betragsgleich aber entgegengesetzt mit Kräften auseinander drückt:

  • F1 = -F2

Ein Seil hält beide Wagons zusammen, da dieses die Gegenkräfte, die das ganze System in dieser Ausgangsposition hält, liefert. Reißt das Seil jedoch plötzlich ab, so fahren beide Eisenbahnwagons auseinander (durch eine Beschleunigung), bis der Abstand zwischen ihnen so groß ist, dass die Feder zu Boden fällt:

  • m1 · a1 = F1 = -F2 = -m2 · a2

Beide vorhandenen Kräfte fallen rasch auf null. Jedoch resultieren aus ihnen Endgeschwindigkeiten, die durch v gekennzeichnet sind. Somit überträgt die Kraft auf einen Körper mit der Masse m den mechanischen Impuls:

  • p = m · v
    Einheit: kg · m/s (Vektor)

In der Zeit, in der eine Kraft andauert, ändert sich auch der Impuls des Körpers mit der "Änderungsgeschwindigkeit":

  • dp ÷ dt = F

Diese Formeln können jetzt entsprechend der obigen Grafik angewendet werden, und so gilt für die Impulse:

  • p1 = m1 · v1 = -p2 = -m2 · v2

Die Summe beider Impulse ergibt somit null:

  • p1 + p2 = 0

3 Impulserhaltungssatz

Die Summe beider Impulse im obigen Beispiel ist null. Vor Beginn des Eisenbahnwagon-Versuchs ist die Impulssumme ebenfalls null. Grund hierfür ist, dass sich beide Wagons im Ruhezustand befanden. Hinter dieser Feststellung steht ein wichtiges Naturgesetz: Der Satz von der Erhaltung des Impulses (Impulserhaltungssatz).

Der Impulserhaltungssatz besagt, dass sich in einem abgeschlossenen System die Summe aller Impulse (Gesamtimpuls) nicht ändern kann.

Für den mechanischen Impuls (p = m · v) gilt daher ebenfalls ein Erhaltungssatz, und zwar der Impulssatz.

4 Literatur

  • "Physik für Mediziner" - Ulrich Harten, Springer-Verlag, 13. Auflage

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