Impuls und Kraftstoß berechnen

Was ist der Impuls?

Der Impuls ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit eines Körpers: p = m × v. Seine Einheit ist kg·m/s. Er hat dieselbe Richtung wie die Geschwindigkeit und beschreibt, wie schwer sich ein schwerer, schneller Körper anhalten lässt.

Was ist ein Kraftstoß?

Ein Kraftstoß ist das Produkt aus Kraft und Einwirkdauer: J = F × Δt. Seine Einheit N·s entspricht kg·m/s. Der Kraftstoß ist gleich der Impulsänderung des Körpers:

F × Δt = m × (v₂ − v₁)

Dies ist eine andere Schreibweise des zweiten Gesetzes von Newton.

Warum ist die Zeit entscheidend?

Dieselbe Impulsänderung erfordert bei kurzer Dauer eine große Kraft und bei längerer Dauer eine kleinere. Airbags, Helme, Sicherheitsgurte und das Beugen der Knie beim Landen verlängern die Abbremszeit und verringern dadurch die Kraft.

Beispiel

Ein ruhender Ball mit 0,45 kg wird auf 20 m/s beschleunigt. Der Fuß berührt ihn 0,01 Sekunden lang. Die Impulsänderung beträgt 0,45 × 20 = 9 kg·m/s und die mittlere Kraft 9 / 0,01 = 900 N.

Ein Ball mit 0,2 kg trifft mit 10 m/s auf eine Wand und prallt mit 8 m/s zurück. Die Richtung kehrt sich um. Die Geschwindigkeiten haben daher entgegengesetzte Vorzeichen: Δp = 0,2 × (8 − (−10)) = 3,6 kg·m/s. Die Impulsänderung ist größer, als wenn der Ball nur angehalten hätte.

Grenzen

Die Berechnung ist eindimensional und liefert eine mittlere Kraft. Bei einem realen Stoß steigt die Kraft an und fällt wieder ab. Ihr Spitzenwert liegt über dem Mittelwert. Für die Geschwindigkeiten zweier Körper nach einem Stoß verwenden Sie den Stoßrechner.

Häufige Fragen

Wie berechnet man den Impuls aus Masse und Geschwindigkeit?

Eine Masse von 1200 kg mit 90 km/h hat beispielsweise einen Impuls von 30000 kg·m/s. Dazu wird die Geschwindigkeit zunächst in passende Einheiten umgerechnet und mit der Masse multipliziert. Das eindimensionale Ergebnis berücksichtigt die Richtung durch sein Vorzeichen. Es bestimmt weder die Spitzenkraft beim Stoß noch die Abbremszeit.

Mit diesen Werten berechnen