Die elastischen Eigenschaften und die Massenträgheit einer Holzleiste verhindern, dass zwei Papierschlaufen bei einem starken Schlag reißen.
Benötigtes Material
Holzleiste aus sprödem Holz, z.B. Spanplatte oder Birnbaumholz (Länge 60 - 100 cm; Querschnitt: 15 mm x 30 mm)
2 Papierstreifen (Länge: 40 cm; Breite: 1 - 2 cm)
Hammer
2 Stativstangen
Aufbau und Durchführung
Zwei Stativstangen werden waagrecht so befestigt, so dass ihre Enden einen Abstand haben, der etwas geringer ist als die Länge der Holzleiste. Zwei Papierstreifen werden jeweils zu einer Schlaufe zusammengeklebt und an die Enden der Stativstangen gehängt. Die Holzleiste legt man durch die Papierschlaufen. Dann schlägt man mit einem Hammer kräftig auf die Mitte der Holzleiste.
Beobachtung
Die Leiste bricht, während die Papierschlaufen nicht reißen. Es ist auch möglich, die Holzleiste zu durchschlagen, wenn man sie frei fallen lässt und während des Fallens schlägt.
Durch den Schlag mit dem Hammer wird die Holzleiste während der kurzen Schlagdauer aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften nicht als Ganzes beschleunigt. Die Leiste bricht, da der mittlere Teil der Leiste beim Schlag eine hohe Beschleunigung erfährt, während die Enden der Holzleiste in Ruhe bleiben, so dass auf die Papierschlaufen nach dem Trägheitsgesetz keine zusätzliche Kraft wirkt und diese unbeschädigt bleiben. Nachdem die Leiste durchbrochen ist, drehen sich die beiden entstandenen Teilstücke um ihre jeweiligen Schwerpunkte, so dass die Enden der Holzleiste in den Papierschlaufen sogar angehoben werden. Schlägt man jedoch zu zaghaft (Schlagdauer größer als Laufzeit der Deformation von der Mitte zum Ende der Leiste), so bewegt sich die gesamte Holzleiste mit dem Hammer mit. Dadurch ergibt sich eine Kraftwirkung auf die Papierschlaufen, die diese reißen lässt.
Bemerkungen: Noch eindrucksvoller lässt sich das Experiment gestalten, indem man die Holzleiste auf zwei Weingläser legt und dann mit einem Hammer auf die Mitte der Leiste schlägt, so dass die Leiste zerbricht, die Weingläser dagegen unbeschädigt bleiben. Das Experiment kann jedoch leicht misslingen, falls der Schlag zu zaghaft ausgeführt wird, die Holzleiste zu robust ist oder die Weingläser leicht zerbrechlich sind.
Auf dem gleichen Prinzip aufbauend arbeiten Karate-Sportler, wenn sie einen Ziegelstein mittels eines schnellen Handkantenschlags durchschlagen.