Stød og impulsbevaring

Fysik B · STX · B-niveau · Eksperimentelt arbejde

⚛️ Stød og impulsbevaring

Impuls p = m·v (kg·m/s).

Impulsbevaring: i et lukket system (ingen ydre kræfter) er total impuls KONSTANT før + efter. p₁ + p₂ = p₁' + p₂'. Følger af Newtons 3. lov (aktion-reaktion).

2 typer stød:

1.

Elastisk stød — kinetisk energi bevares. Eksempel: billardkugler, atomare kollisioner.

2.

Uelastisk stød — kinetisk energi går tabt (varme, lyd, deformation). (a) Helt uelastisk: legemerne klistrer sammen efter stød. Fx blød kugle der rammer sandkasse. Maksimal energi-tab.

1D elastisk stød — formler: m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v₁' + m₂v₂' (impuls). ½m₁v₁² + ½m₂v₂² = ½m₁v₁'² + ½m₂v₂'² (energi).

Klassisk eksempel — billardkugle (lige masse): kugle rammer hvilende kugle frontalt → første standser, anden får al hastigheden.

2D-stød (skud-vinkel): brug vektorer. Ofte i partikelfysik.

Helt uelastisk stød: m₁v₁ + m₂v₂ = (m₁+m₂)·v_fælles. v_fælles = (m₁v₁ + m₂v₂)/(m₁+m₂).

Eksempel — bilkollision: bil 1500 kg ved 20 m/s rammer parkeret bil 1000 kg. Helt uelastisk. v_fælles = (1500·20 + 0)/(2500) = 12 m/s. Energi-tab: ½·1500·20² − ½·2500·12² = 300.000 − 180.000 = 120.000 J.

Anvendelser

airbag-design (impuls = kraft·tid; udvider tid → reducerer kraft). Bilsikkerhed. Sport (tennis-slag, fodspark). Raket-fremdrift (udstødnings-gas's impuls = -raket-impuls).

Eksperiment: 2 luftpude-pucks med fjedre (elastisk) eller velcro (uelastisk). Mål hastigheder før + efter. Verificér impuls-bevaring.

B-niveau: 1D-stød + simpel 2D, energi-bevaring sammenholdt med impulsbevaring til at afgøre om et stød er elastisk eller uelastisk.

Læringsmål

• Planlægge og udføre fysik-eksperimenter
• Behandle data med usikkerhedsanalyse
• Skrive forsøgsrapport med metode og diskussion
• Anvende CAS til grafisk analyse og regression
• Dokumentere eksperimentelle resultater korrekt

Sådan kan du arbejde med emnet

• Beskriv, hvordan et forsøg med to vogne kan bruges til at undersøge impulsbevaring ved stød
• Brug måledata fra et stødforsøg til at beregne, om stødet var elastisk eller uelastisk
• Diskutér, hvilke fejlkilder (fx friktion) der kan påvirke resultatet af et stødforsøg

Eksperiment-forslag

• Brug 2 luftpude-pucks (eller dynamikvogne) med fjedre (elastisk stød) og velcro (uelastisk stød). Mål hastigheder før og efter med fotoporte, og verificér impulsbevaring.
• Lav en bilkollisions-case: beregn v_fælles og energi-tab for et helt uelastisk stød mellem to vogne med kendte masser og hastigheder.
• Diskuter airbag-design ud fra p = F·t — hvordan øget kollisionstid reducerer kraftpåvirkningen på en passager.

Brobygning

Impuls handler om bevægelsesmængde — men elektrisk strøm er en anden form for 'bevægelse', nemlig af ladninger gennem et kredsløb. Næste emne er 'El-kredsløb og Ohms lov'.