Impulsänderung

Gemäß Newtons zweitem Bewegungsgesetz ist die Änderungsrate des Impulses eines Objekts die darauf wirkende resultierende Kraft. Die Gesamtänderung des Impulses zwischen zwei Zeitpunkten hängt also sowohl von der auf das Objekt wirkenden externen Kraft als auch von der Zeit ab, über die sie wirkt. Mathematisch ausgedrückt ist die Gesamtänderung der Bewegung eines Objekts proportional zum Kraftvektor und zur Zeit, über die sie angewendet wird. Dieses Produkt wird Impulsänderung genannt.

Darüber hinaus kann gezeigt werden, dass der Gesamtimpuls, der über einen Zeitintervall auf ein Objekt wirkt, dem durchschnittlichen externen Kraftwert multipliziert mit dem Zeitintervall entspricht. Daher hilft eine Messung der Impulsänderung, die durchschnittliche Kraft zu berechnen, die während dieses Intervalls auf ein Objekt wirkt. Zum Beispiel kollidierte vor etwa 50.000 Jahren ein 25 Meter großer Eisen-Nickel-Meteorit mit der Erde mit einer Geschwindigkeit von etwa 12.800 Metern pro Sekunde in der nördlichen Arizona-Wüste in den Vereinigten Staaten. Der Aufprall erzeugte einen großen Krater mit einem Durchmesser von etwa 1.200 Metern und einer Tiefe von 170 Metern, mit einem 45 Meter hohen Rand von der umliegenden Wüstenebene. Unter der Annahme, dass der Aufprall maximal zwei Sekunden dauerte, kann gezeigt werden, dass die durchschnittliche Kraft, die die Erde während des Stoßes auf den Meteoriten ausübte, etwa 3 Billionen Newton betrug!

In einem anderen Beispiel, stellen Sie sich eine Person vor, die ein Auto fährt und mit einem Gebäude frontal zusammenstößt und zum Stillstand kommt. Wenn das Fahrzeug keinen Airbag hat, kommt es zu einem Zusammenstoß des Fahrers mit dem Auto in einem Bruchteil einer Sekunde und die auf den Fahrer wirkende Kraft ist enorm. Andererseits, wenn das Fahrzeug mit einem Airbag ausgestattet ist, verlängert sich die Stoßzeit. Daher ist die Gesamtänderung der Bewegung des Fahrers in beiden Fällen gleich, jedoch ist die resultierende Kraft auf den Fahrer geringer, da sie über einen längeren Zeitraum auftritt. Aus diesem Grund sind Airbags seit 1991 in allen Pkw in den Vereinigten Staaten vorgeschrieben und seit Mitte der 1990er Jahre immer häufiger in Europa und Asien anzutreffen.

Dieser Text ist angepasst von Openstax, University Physics Volume 1, Abschnitt 9.2: Impuls und Stöße.