Physik - Arbeit & Energie, Impuls und Stoßgesetze (11. Klasse)

Karteikarten zu den Themen Mechanik, Arbeit, Energieerhaltung, Impuls und Stoßprozesse für die 11. Klasse.

Hangabtriebskraft ($F_H$)

Die Kraftkomponente der Gewichtskraft entlang der Bewegungsrichtung auf einer schiefen Ebene, gegeben durch $F_H = m \cdot g \cdot \sin(\beta)$. Sie beschleunigt den Körper gleichmäßig abwärts.

Normalkraft ($F_N$)

Die Kraftkomponente senkrecht zur schiefen Ebene, gegeben durch $F_N = m \cdot g \cdot \cos(\beta)$.

Beschleunigungsarbeit an der schiefen Ebene

Die von der Erde an einem Körper verrichtete Arbeit entlang einer geneigten Ebene: $W = F_H \cdot s = m \cdot g \cdot s \cdot \sin(\beta) = m \cdot g \cdot h$.

Energieumwandlungskette

Der fortlaufende Prozess, bei dem beim Wechsel von einer Energieform in eine andere jeweils mechanische Arbeit verrichtet werden muss (beispielsweise beim springenden Ball zwischen Lage-, Bewegungs- und Spannenergie).

Energiesatz (Energieerhaltungssatz)

Satz, nach dem Energie in einem abgeschlossenen System weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann. Die Gesamtenergie bleibt konstant ($E_1 = E_2$).

Lageenergie ($E_{\text{pot}}$) / Potenzielle Energie

Mechanische Energieform eines Körpers im Schwerefeld der Erde, berechnet über die Beziehung $E_{\text{pot}} = m \cdot g \cdot h$.

Bewegungsenergie ($E_{\text{kin}}$) / Kinetische Energie

Mechanische Energieform eines sich bewegenden Körpers der Masse $m$ mit der Geschwindigkeit $v$, berechnet über $E_{\text{kin}} = \frac{1}{2} \cdot m \cdot v^2$.

Spannenergie ($E_{\text{sp}}$) / Federenergie

In einer gespannten Feder mit der Federkonstanten $D$ bei einer Auslenkung $s$ gespeicherte Energie, berechnet über $E_{\text{sp}} = \frac{1}{2} \cdot D \cdot s^2$.

Impuls ($\vec{p}$)

Eine vektorielle (gerichtete) Größe, definiert als das Produkt aus der Masse und der Geschwindigkeit eines Körpers ($\vec{p} = m \cdot \vec{v}$) mit der Einheit $[\vec{p}] = 1\,\text{kg} \cdot \text{m/s}$. Sie beschreibt, wie schwierig es ist, einen Körper zur Ruhe zu bringen.

Impulserhaltungssatz

Physikalisches Gesetz, nach dem in einem abgeschlossenen System (keine äußeren Kräfte) der Gesamtimpuls konstant bleibt: $\vec{p}_{\text{ges}} = \text{konstant}$ bzw. $\sum \vec{p}_{\text{vor}} = \sum \vec{p}_{\text{nach}}$.

Gerader unelastischer Stoß

Stoßform, bei der sich beide Körper nach der Kollision mit einer gemeinsamen Geschwindigkeit $u = \frac{m_1 \cdot v_1 + m_2 \cdot v_2}{m_1 + m_2}$ weiterbewegen oder zur Ruhe kommen. Der Gesamtimpuls bleibt erhalten, aber ein Teil der kinetischen Energie geht verloren.

Gerader elastischer Stoß

Stoßform, bei der sowohl der Gesamtimpuls als auch die kinetische Energie vollständig erhalten bleiben: $\frac{1}{2} \cdot m_1 \cdot v_1^2 + \frac{1}{2} \cdot m_2 \cdot v_2^2 = \frac{1}{2} \cdot m_1 \cdot u_1^2 + \frac{1}{2} \cdot m_2 \cdot u_2^2$.

Schiefer unelastischer Stoß gegen eine Wand

Stoß gegen eine Wand, bei dem die senkrechte Geschwindigkeitskomponente verschwindet ($v'_\perp = 0$), während die parallele Geschwindigkeitskomponente vollständig erhalten bleibt ($v'_\parallel = v_\parallel$).

Schiefer elastischer Stoß gegen eine Wand

Stoß gegen eine Wand, bei dem die senkrechte Geschwindigkeitskomponente ihr Vorzeichen wechselt ($v'_\perp = -v_\perp$), während die parallele Geschwindigkeitskomponente unverändert bleibt ($v'_\parallel = v_\parallel$).

Dezentraler elastischer Stoß zweier Kugeln

Schräger, nicht mittiger Stoß zweier Kugeln, bei dem sowohl die vektorielle Impulssumme ($\sum \vec{p}_{\text{vor}} = \sum \vec{p}_{\text{nach}}$) als auch die kinetische Energie erhalten bleiben.

Dezentraler unelastischer Stoß zweier Kugeln

Schräger Stoß zweier Kugeln, bei dem der Gesamtimpuls als Vektorsumme erhalten bleibt, jedoch ein Teil der kinetischen Energie verloren geht.