Direkt zum Inhalt

Aufgabe

Aufeinanderprallen zweier Fahrzeuge

Schwierigkeitsgrad: leichte Aufgabe

Ein erstes Fahrzeug hat die Masse \({m_1} = 4{,}0\,{\rm{kg}}\) und bewegt sich mit der Geschwindigkeit \({v_1} = 6{,}0\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}\) längs einer geraden Bahn. Es holt ein zweites Fahrzeug mit der Masse \({m_2} = 10\,{\rm{kg}}\) ein und stößt mit ihm vollkommen elastisch zusammen. Bei diesem Zusammenstoß kommt das erste Fahrzeug zur Ruhe.

Berechne die Geschwindigkeiten \({v_2}\) und \({v_2}^\prime \) des zweiten Fahrzeugs vor und nach dem Stoß.

Hinweis: Bei der Lösung dieser Aufgabe kann dir ein Computeralgebrasystem wie z.B. GeoGebra CAS gute Dienste leisten. Mit wenigen Befehlen kannst du die Rechnungen online selbst durchführen.

Lösung einblendenLösung verstecken Lösung einblendenLösung verstecken

Aus dem Grundwissen entnimmt man für einen zentralen elastischen Stoß\[{v_1}^\prime = \frac{{{m_1} \cdot {v_1} + {m_2} \cdot \left( {2\cdot{v_2} - {v_1}} \right)}}{{{m_1} + {m_2}}}\]und\[{v_2}^\prime = \frac{{{m_2} \cdot {v_2} + {m_1} \cdot \left( {2\cdot{v_1} - {v_2}} \right)}}{{{m_1} + {m_2}}}\]Die erste Gleichung lässt sich nach \({v_2}\) auflösen\[{v_2} = \frac{{\frac{{\left( {{m_1} + {m_2}} \right) \cdot {v_1}^\prime  - {m_1} \cdot {v_1}}}{{{m_2}}} + {v_1}}}{2}\]Einsetzen der gegebenen Werte liefert\[{v_2} = \frac{{\frac{{\left( {4{,}0\,{\rm{kg}} + 10\,{\rm{kg}}} \right) \cdot 0\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}} - 4{,}0\,{\rm{kg}} \cdot 6{,}0\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}}}{{10\,{\rm{kg}}}} + 6{,}0\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}}}{2} = 1{,}8\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}\]und\[{v_2}^\prime  = \frac{{10\,{\rm{kg}} \cdot 1{,}8\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}} + 4{,}0\,{\rm{kg}} \cdot \left( {2 \cdot 6{,}0\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}} - 1{,}8\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}} \right)}}{{4{,}0\,{\rm{kg}} + 10\,{\rm{kg}}}} = 4{,}2\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}\]

Die Lösung der Aufgabe mit GeoGebra findest du hier.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Mechanik

Impulserhaltung und Stöße