Impuls

Volgens de tweede bewegingswet van Newton is de snelheid waarmee het momentum van een object verandert de netto externe kracht die erop inwerkt. De totale verandering in momentum tussen twee tijdstippen hangt dus af van zowel de externe kracht die erop inwerkt als de tijd waarover deze inwerkt. Als we dit wiskundig beschrijven, is de totale verandering in de beweging van een object evenredig met de krachtvector en de tijd waarover deze wordt uitgeoefend. Dit product heet impuls.

Bovendien kan worden aangetoond dat de totale impuls die gedurende een tijdsinterval op een object inwerkt, gelijk is aan de gemiddelde externe kracht die erop inwerkt, vermenigvuldigd met het tijdsinterval. Daarom helpt een meting van de impuls bij het berekenen van de gemiddelde kracht die tijdens dat interval op een object inwerkt. Ongeveer 50.000 jaar geleden botste bijvoorbeeld een ijzer-nikkel-meteoriet van 25 meter met een snelheid van ongeveer 12.800 meter per seconde op de Aarde in de woestijn van Noord-Arizona in de Verenigde Staten. Door de inslag ontstond een grote krater met een diameter van ongeveer 1.200 meter en een diepte van 170 meter, met een rand van 45 meter hoog vanaf de omliggende woestijnvlakte. Ervan uitgaande dat de inslag maximaal twee seconden heeft geduurd, kan worden aangetoond dat de gemiddelde kracht die de Aarde tijdens de botsing op de meteoriet uitoefende ongeveer 3 biljoen Newton bedroeg!

Beschouw in een ander voorbeeld een persoon die een auto bestuurt, die een frontale botsing met een gebouw heeft en tot stilstand komt. Als het voertuig geen airbag heeft, botst de bestuurder in een fractie van een seconde tegen de auto, en de kracht die gedurende deze tijd op de bestuurder wordt uitgeoefend is enorm. Als het voertuig daarentegen is uitgerust met een airbag, wordt de botsingstijd verlengd. Hoewel de netto bewegingsverandering van de bestuurder in beide gevallen hetzelfde is, is de netto kracht op de bestuurder dus lager, aangezien deze over een langere tijdsperiode plaatsvindt. Om deze reden zijn airbags sinds 1991 verplicht geworden in alle personenauto's in de Verenigde Staten, en sinds het midden van de jaren negentig komen ze steeds vaker voor in Europa en Azië.

Deze tekst is een bewerking van Openstax, University Physics Deel 1, Sectie 9.2: Impulsen en botsingen.