Hochgeschwindigkeitskameras im Physikunterricht

Damit ergibt sich nach Gleichung (3.1):
FWagen 1 · Δt =0,299 kg · (−0,969) m
s
Dies führt auf eine durchschnittliche Kraft von
FWagen 1 = −17,384 N.
3.2 Stöße zwischen Luftkissengleitern
= −0,290 kgm
s .
Wagen 2 hat vor dem Stoß eine extrem geringe Geschwindigkeit vWagen 2 vor =0,008 m
s .
Dies folgt aus Δx = x39 − x0 =(0,209 − 0,208) m =0,001m. Nach dem Stoß hat der
Wagen 2 zwischen Frame 44 und 104 Δx = x104 − x44 =(0,392 − 0,216) m =0,176 m
zurückgelegt. Das entspricht einer Geschwindigkeit von
wodurch man auf
vWagen 2 = Δx
Δt = x104 − x44
60 · 1
300
=0,880 m
s ,
ΔvWagen 2 = vWagen 2 nach − vWagen 2 vor =0,880 − 0,008 = 0,872 m
s
kommt. Für den Kraftstoß ergibt sich
FWagen 2 · Δt =0,261 kg m
s
bzw. für die gemittelte Kraft
FWagen 2 =15,644 N.
Man sieht, dass die gemittelten Impulsänderungen F · Δt =Δp (Δp = Kraftstoß in Ns)
annähernd gleich sind. Die leichte Verringerung der Kraft von Wagen 2 erklärt sich durch
Übertragungsverluste des Impulses durch die Federn. Eine Betrachtung der kinetischen
Energien ist zwar möglich, jedoch nicht ergiebig, da die Bewegungsenergie von Wagen
1 fast vollständig auf Wagen 2 übertragen wird und keine weiteren Energien auftreten.
Durch eine höhere Zeitauflösung könnte die Kontaktzeit genauer bestimmt werden. Für
die Ermittlung der Geschwindigkeit kann man dann große Schrittweiten wählen, alternativ
kann auch eine weichere Feder verwendet werden.
3.2.2. Die weiche Feder
Um die Stoßzeit künstlich zu verlängern, wird nun eine weiche Feder verwendet, der gleiche
Versuch erneut durchgeführt und wieder mit 300 fps gefilmt. Durch die weiche Feder
wird die Übertragung der Energie deutlich verzögert, was von einem kurzen Kraftstoß
(Impulsänderung) zu einer länger andauernden Impulsübertragung führt. Die Masse der
Gleiter hat sich durch die weicheren Federn auf m =0,303 kg erhöht. Analog wie bei
der harten Feder werden die Geschwindigkeiten vor und nach dem Stoß über einen sehr
langen Zeitraum gemittelt und die Impulsübertragung aus diesen Werten bestimmt. Auch
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