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2026-07-27T19:27:13Z

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= Impuls - Physik =

[[Datei:Newtons cradle animation book.gif|500px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
= Einleitung =

Der '''Impuls''' beschreibt den Bewegungszustand eines Körpers. Ein schwerer oder schneller Körper besitzt einen großen Impuls. Im Alltag sprechen wir oft von „Schwung“, in der [[Physik]] wird dieser Zusammenhang genau berechnet.

Der Impuls ist eine '''Vektorgröße'''. Er hat also einen Betrag und eine Richtung. Seine Richtung entspricht der Bewegungsrichtung des Körpers.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=HJCP9lsrTS4 |500|center}}

{{BR}}
= Grundidee und Formel =

Für einen Körper mit der Masse <math>m</math> und der Geschwindigkeit <math>\vec v</math> gilt:

<math>\vec p = m \cdot \vec v</math>

Dabei ist <math>\vec p</math> der Impuls. Die Einheit lautet:

<math>[\vec p] = \mathrm{kg \cdot \frac{m}{s}} = \mathrm{N \cdot s}</math>

Ein Körper mit <math>m=2\,\mathrm{kg}</math> und <math>v=3\,\mathrm{\frac{m}{s}}</math> hat den Impuls:

<math>p=2\,\mathrm{kg}\cdot 3\,\mathrm{\frac{m}{s}}=6\,\mathrm{kg\cdot \frac{m}{s}}</math>

[[Datei:Billard.JPG|500px|rahmenlos|center]]

Beim Billard werden Impulse beim Zusammenstoß von Kugeln übertragen. Die Richtung jeder Kugel ist für die Impulsbilanz wichtig.

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== Wovon hängt der Impuls ab? ==

# [[Masse]]: Bei gleicher Geschwindigkeit hat der Körper mit der größeren Masse den größeren Impuls.
# [[Geschwindigkeit]]: Bei gleicher Masse hat der schnellere Körper den größeren Impuls.
# [[Richtung]]: Entgegengesetzte Bewegungsrichtungen werden in einer eindimensionalen Rechnung durch unterschiedliche Vorzeichen dargestellt.

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= Impulsänderung und Kraftstoß =

Eine Kraft verändert den Impuls eines Körpers. Für eine konstante Kraft gilt:

<math>\Delta \vec p = \vec F \cdot \Delta t</math>

Der Ausdruck <math>\vec F \cdot \Delta t</math> heißt '''Kraftstoß'''. Wirkt die Kraft nicht konstant, entspricht die Impulsänderung der Fläche unter dem Kraft-Zeit-Diagramm:

<math>\Delta \vec p = \int_{t_1}^{t_2} \vec F(t)\,\mathrm{d}t</math>

[[Datei:Zeichnung kraftstoss.svg|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=5RtCdXXs6xM |500|center}}

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== Beispiel zum Abbremsen ==

Ein Ball mit <math>m=0{,}20\,\mathrm{kg}</math> bewegt sich mit <math>10\,\mathrm{\frac{m}{s}}</math> und wird in <math>0{,}05\,\mathrm{s}</math> gestoppt.

<math>\Delta p = m\cdot(v_\mathrm{nachher}-v_\mathrm{vorher})</math>

<math>\Delta p=0{,}20\,\mathrm{kg}\cdot(0-10)\,\mathrm{\frac{m}{s}}=-2\,\mathrm{N\,s}</math>

Die mittlere Kraft beträgt:

<math>\bar F=\frac{\Delta p}{\Delta t}=\frac{-2\,\mathrm{N\,s}}{0{,}05\,\mathrm{s}}=-40\,\mathrm{N}</math>

Das Minuszeichen zeigt, dass die Kraft entgegen der ursprünglichen Bewegungsrichtung wirkt.

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== Sicherheit im Straßenverkehr ==

Bei einem Unfall muss sich der Impuls eines Menschen stark ändern. [[Airbag]], Sicherheitsgurt und Knautschzone verlängern die Abbremszeit. Bei gleicher Impulsänderung wird dadurch die mittlere Kraft kleiner.

[[Datei:Crash-test-with-airbag-and-safty-belt.jpg|500px|rahmenlos|center]]

[[Datei:Airbag2.jpg|500px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
= Impulserhaltung =

In einem abgeschlossenen System bleibt der Gesamtimpuls konstant. Es gilt:

<math>\sum \vec p_\mathrm{vorher}=\sum \vec p_\mathrm{nachher}</math>

Für zwei Körper in einer geradlinigen Bewegung lautet die Gleichung:

<math>m_1\vec v_1+m_2\vec v_2=m_1\vec v'_1+m_2\vec v'_2</math>

Äußere Kräfte dürfen während des betrachteten Vorgangs keinen wesentlichen Einfluss auf die Impulsbilanz haben.

[[Datei:Impulserhaltung-Paarwechselwirkung.jpg|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=zrvnDxLYsAY |500|center}}

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== Newton-Pendel ==

Das [[Kugelstoßpendel|Newton-Pendel]] veranschaulicht die Übertragung von Impuls und Energie. Wird eine Kugel angehoben und losgelassen, schwingt auf der gegenüberliegenden Seite ungefähr eine Kugel heraus. Reale Verluste durch Schall, Wärme und Verformung verhindern eine dauerhaft gleichbleibende Bewegung.

[[Datei:Newton cradle wave propagation 2 balls.svg|500px|rahmenlos|center]]

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= Stoßarten =

Ein [[Stoß (Physik)|Stoß]] ist eine kurze Wechselwirkung, bei der große Kräfte auftreten und sich die Geschwindigkeiten der beteiligten Körper ändern.

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== Elastischer Stoß ==

Beim ideal elastischen Stoß bleiben der Gesamtimpuls und die gesamte kinetische Energie erhalten:

<math>\sum \vec p_\mathrm{vorher}=\sum \vec p_\mathrm{nachher}</math>

<math>\sum E_{\mathrm{kin,vorher}}=\sum E_{\mathrm{kin,nachher}}</math>

[[Datei:Collision carts elastic.gif|500px|rahmenlos|center]]

[[Datei:Elastischer stoß 2D.gif|500px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
== Unelastischer Stoß ==

Beim unelastischen Stoß bleibt der Gesamtimpuls erhalten, aber ein Teil der kinetischen Energie wird beispielsweise in Wärme, Schall oder Verformung umgewandelt.

Beim vollkommen unelastischen Stoß bewegen sich beide Körper danach gemeinsam. Dann gilt:

<math>v'=\frac{m_1v_1+m_2v_2}{m_1+m_2}</math>

Beispiel: Ein Wagen mit <math>m_1=2\,\mathrm{kg}</math> fährt mit <math>v_1=3\,\mathrm{\frac{m}{s}}</math> auf einen ruhenden Wagen mit <math>m_2=1\,\mathrm{kg}</math>. Beide bleiben zusammen.

<math>v'=\frac{2\,\mathrm{kg}\cdot3\,\mathrm{\frac{m}{s}}+1\,\mathrm{kg}\cdot0}{3\,\mathrm{kg}}=2\,\mathrm{\frac{m}{s}}</math>

[[Datei:Collision carts inelastic.gif|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=9-iJd9INLaU |500|center}}

{{BR}}
= Rückstoß und Antrieb =

Beim Rückstoß bewegen sich Teile eines Systems in entgegengesetzte Richtungen. Stößt eine Person auf einem Skateboard einen schweren Ball nach vorne, rollt sie nach hinten. Auch eine Rakete beschleunigt, indem sie Gase mit hohem Impuls nach hinten ausstößt. Der Gesamtimpuls von Rakete und ausgestoßenem Gas bleibt erhalten.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=oAR0HC1YTcc |500|center}}

{{BR}}
= Typische Fehler =

# [[Impuls und Energie]]: Impuls und kinetische Energie sind verschiedene Größen. Der Impuls ist ein Vektor, die kinetische Energie ist eine skalare Größe.
# [[Vorzeichen]]: Eine festgelegte positive Richtung muss während der gesamten Rechnung beibehalten werden.
# [[Systemgrenze]]: Vor einer Impulsbilanz muss festgelegt werden, welche Körper zum System gehören.
# [[Einheiten]]: Masse wird in Kilogramm und Geschwindigkeit in Meter pro Sekunde eingesetzt.
# [[Stoßart]]: Beim unelastischen Stoß darf die Erhaltung der kinetischen Energie nicht vorausgesetzt werden.

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= Interaktive Aufgaben =

{{BR}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}

'''Wie wird der Impuls eines Körpers berechnet?'''
(Masse mal Geschwindigkeit)
(!Kraft mal Weg)
(!Masse mal Beschleunigung)
(!Geschwindigkeit durch Zeit)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Einheit kann für den Impuls verwendet werden?'''
(Newtonsekunde)
(!Joule)
(!Watt)
(!Pascal)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Art physikalischer Größe ist der Impuls?'''
(Vektorgröße)
(!Skalargröße ohne Richtung)
(!Grundgröße des SI)
(!Reine Energiegröße)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was bleibt in einem abgeschlossenen System erhalten?'''
(Gesamtimpuls)
(!Geschwindigkeit jedes Körpers)
(!Kinetische Energie bei jedem Stoß)
(!Beschleunigung jedes Körpers)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was bewirkt ein Kraftstoß?'''
(Eine Impulsänderung)
(!Eine unveränderte Geschwindigkeit)
(!Eine Verringerung der Masse)
(!Eine Änderung der Zeit)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was gilt beim ideal elastischen Stoß zusätzlich zur Impulserhaltung?'''
(Die kinetische Energie bleibt erhalten)
(!Alle Körper bleiben zusammen)
(!Die Masse verschwindet teilweise)
(!Die Geschwindigkeit wird immer null)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was geschieht beim vollkommen unelastischen Stoß?'''
(Die Stoßpartner bewegen sich danach gemeinsam)
(!Die Stoßpartner tauschen immer ihre Geschwindigkeiten)
(!Die gesamte kinetische Energie bleibt erhalten)
(!Der Gesamtimpuls wird null)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Warum vermindert ein Airbag die mittlere Kraft auf einen Menschen?'''
(Er verlängert die Abbremszeit)
(!Er vergrößert die Masse)
(!Er verhindert jede Impulsänderung)
(!Er erhöht die Geschwindigkeit)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Richtung hat der Impuls eines einzelnen Körpers?'''
(Die Richtung seiner Geschwindigkeit)
(!Immer nach oben)
(!Immer zur Systemmitte)
(!Entgegen seiner Geschwindigkeit)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welches Alltagsgerät veranschaulicht Impulsübertragung besonders gut?'''
(Newton-Pendel)
(!Thermometer)
(!Lupe)
(!Voltmeter)

{{E}}
<br>

{{BR}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Impuls || Masse mal Geschwindigkeit
|-
| Kraftstoß || Kraft mal Einwirkzeit
|-
| Elastischer Stoß || Impuls und kinetische Energie bleiben erhalten
|-
| Unelastischer Stoß || Kinetische Energie wird teilweise umgewandelt
|-
| Abgeschlossenes System || Kein wesentlicher äußerer Kraftstoß
|-
| Airbag || Verlängert die Abbremszeit
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Drag and Drop ==

<div class="lueckentext-quiz">

{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Thema
|-
| '''Vektorgröße'''
| Impuls besitzt Betrag und Richtung
|-
| '''Kraftstoß'''
| Verändert den Impuls
|-
| '''Impulserhaltung'''
| Gesamtimpuls bleibt konstant
|-
| '''Elastischer Stoß'''
| Kinetische Energie bleibt erhalten
|-
| '''Rückstoß'''
| Teile bewegen sich entgegengesetzt

|}
{{E}}

<br>

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| Impuls || Welche Größe ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit?
|-
| Vektor || Welcher mathematische Begriff beschreibt eine Größe mit Betrag und Richtung?
|-
| Masse || Welche Eigenschaft wird in Kilogramm gemessen?
|-
| Rakete || Welches Fahrzeug nutzt den Rückstoß ausgestoßener Gase?
|-
| Airbag || Welche Sicherheitseinrichtung verlängert die Abbremszeit?
|-
| Billard || Bei welchem Spiel werden Stöße zwischen Kugeln beobachtet?
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Impuls+Physik </iframe>

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Der Impuls ist das Produkt aus { Masse } und Geschwindigkeit. Sein Formelzeichen ist meist { p }. Der Impuls ist eine { Vektorgröße } und besitzt daher eine Richtung. Seine SI-Einheit kann als Kilogramm mal Meter pro Sekunde oder als { Newtonsekunde } angegeben werden. Eine Kraft, die eine bestimmte Zeit wirkt, verursacht einen { Kraftstoß }. In einem abgeschlossenen System bleibt der { Gesamtimpuls } konstant. Beim elastischen Stoß bleibt zusätzlich die { kinetische Energie } erhalten. Ein Airbag verringert die mittlere Kraft, indem er die { Abbremszeit } verlängert.
</quiz>

<br>

{{BR}}
= Offene Aufgaben =

{{BR}}
=== Leicht ===
# [[Impuls im Alltag]]: Fotografiere oder zeichne drei Situationen, in denen Masse und Geschwindigkeit die Wirkung einer Bewegung bestimmen.
# [[Ballversuch]]: Rolle zwei unterschiedlich schwere Bälle ähnlich schnell und beschreibe ihre Wirkung auf ein leichtes Hindernis.
# [[Begriffsnetz]]: Gestalte ein Begriffsnetz zu Masse, Geschwindigkeit, Impuls, Kraft und Zeit.
# [[Sicherheitsplakat]]: Erstelle ein Plakat, das erklärt, warum Gurt, Airbag und Knautschzone die Unfallfolgen mindern.

{{BR}}
=== Standard ===
# [[Wagenstoß]]: Plane einen Versuch mit zwei Spielzeugwagen, miss ihre Geschwindigkeiten und vergleiche den Gesamtimpuls vor und nach dem Stoß.
# [[Kraft-Zeit-Diagramm]]: Zeichne zwei unterschiedliche Kraftverläufe mit gleicher Fläche und erkläre ihre gleiche Impulsänderung.
# [[Newton-Pendel]]: Filme ein Newton-Pendel in Zeitlupe und beschreibe Impulsübertragung sowie Energieverluste.
# [[Rechenvideo]]: Produziere ein kurzes Erklärvideo zu einem vollkommen unelastischen Stoß mit selbst gewählten Zahlen.

{{BR}}
=== Schwer ===
# [[Fehleranalyse]]: Untersuche eine fehlerhafte Stoßrechnung und begründe jeden Korrekturschritt.
# [[Crashtest-Modell]]: Entwickle ein Modellfahrzeug mit Knautschzone und vergleiche verschiedene Materialien experimentell.
# [[Zweidimensionaler Stoß]]: Analysiere die Bewegungsrichtungen zweier Billardkugeln mithilfe von Vektorpfeilen.
# [[Raketenmodell]]: Baue eine ungefährliche Luftballonrakete, variiere die Luftmenge und dokumentiere die Beobachtungen zum Rückstoß.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

# [[Systemgrenze festlegen]]: Erkläre an einem Skateboard-Beispiel, welche Körper Du für eine Impulsbilanz zum System zählen würdest und warum.
# [[Sicherheitsvergleich]]: Vergleiche einen harten und einen gepolsterten Aufprall bei gleicher Anfangsgeschwindigkeit mithilfe des Kraftstoßes.
# [[Stoßart beurteilen]]: Entscheide anhand einer Beobachtung, ob ein Stoß eher elastisch oder unelastisch ist, und begründe Deine Wahl.
# [[Impulsdiagramm]]: Erstelle vor und nach einem Stoß Impulspfeile und prüfe die Vektorsumme.
# [[Modellkritik]]: Nenne Grenzen eines Schulversuchs zur Impulserhaltung und schlage Verbesserungen vor.
# [[Transfer Raumfahrt]]: Erkläre den Raketenantrieb ohne Bezug auf eine feste Unterlage allein mit Impulserhaltung.

<br>
<br>

{{BR}}
= Lernnachweis =

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:
# den Impuls mit <math>\vec p=m\vec v</math> berechnen und seine Richtung angeben kannst,
# Einheiten sicher verwendest und zwischen Impuls, Kraft und Energie unterscheidest,
# den Kraftstoß als Impulsänderung erklärst,
# Impulsbilanzen für abgeschlossene Systeme aufstellst,
# elastische und unelastische Stöße vergleichst,
# Sicherheitsanwendungen und Rückstoßvorgänge physikalisch begründest,
# Messdaten, Diagramme oder ein eigenes Experiment nachvollziehbar auswertest.

<br>
<br>

{{BR}}
= OERs zum Thema =

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Impuls </iframe>

<br>

{{BR}}
= Verknüpfte Lernbereiche =

{| align=center
{{:D-Tab}}
'''[[Impuls - Physik]]'''
# [[Mechanik]]
# [[Masse]]
# [[Geschwindigkeit]]
# [[Kraft]]
# [[Kraftstoß]]
# [[Impulserhaltungssatz]]
# [[Stoß (Physik)]]
# [[Elastischer Stoß]]
# [[Unelastischer Stoß]]
# [[Energieerhaltung]]
# [[Newtonsche Gesetze]]
# [[Vektor]]
|}

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Mechanik]]
[[Kategorie:Impuls]]
[[Kategorie:Klasse 9-10]]
[[Kategorie:Klasse 11-13]]
[[Kategorie:AI_MOOC]]

{{BR}}
= aiMOOC-Projekte =
[[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]]
{{MT}}

Impuls - Physik - Versionsgeschichte

Glanz: aiMOOC über GPT aiMOOC Action erstellt