PHYSIK MECHANIK - Abteilung für Didaktik der Physik

7. Stoßprozesse
Unter einem Stoß versteht man einen Übergang von einem Anfangszustand a in einen Endzustand
e, an dem mindestens zwei Körper oder Teilchen (z. B. auch Photonen) beteiligt sind. Beim
Stoß werden Impuls und Energie neu auf die Stoßpartner verteilt. Es können dabei auch Reaktionen
stattfinden, d. h. Teilchen erzeugt oder vernichtet werden. Im Anfangs- und im Endzustand
sind die Teilchen vollständig entkoppelt: Es fließen weder Impuls- noch Energieströme zwischen
ihnen. Nur während der Zeit des Übergangs findet Impuls- und Energieübertragung statt.
Energie- und Impulssatz verlangen, daß
∑ E
i ,a
i
= E ∑
j ,e
j
und
∑ p
i , a
i
= p ∑ j ,e
j
ist. Der Massenschwerpunkt r S eines Schwarms von n Körpern ist definiert durch
n n
r m
S∑
=
i ∑r
m
i i
i =1 i =1
Die Ableitung dieser Gleichung nach der Zeit ergibt:
r .
S
m i
i =1
Da der Gesamtimpuls des Teilchenschwarms (rechte Seite der Gleichung) beim Stoß konstant
bleibt, ist auch die Schwerpunktsgeschwindigkeit
v = r
S .
S
vor und nach dem Stoß dieselbe:
v S a = v S e
Unter dem Schwerpunktsystem eines Schwarms von Körpern versteht man ein Bezugssystem, in
dem der Schwerpunkt des Schwarms ruht.
Die Energie eines Schwarms von n Körpern kann man schreiben
E = E i ,0
E i,0 ist die innere, E i,kin die kinetische Energie des i-ten Körpers. Die zweite Summe läßt sich
noch einmal zerlegen:
∑ E i ,kin = E + S kin
( S)
∑E
i , kin
i
i
wo
n
n
∑ = r .
∑
i =1
n
n
∑ + ∑E
i , kin
i =1 i =1
2
∑ )v S
i
E = S kin 1
2 ( m i
i m i