Stoß

Definition

• Das im allgemeinen kurzzeitige Zusammenprallen zweier sich relativ zueinander bewegender Körper.

Bemerkungen

• Je nach Richtung des Stoßes unterscheidet man vier Arten des Stoßes:
  • Zentraler Stoß
    • Die Senkrechte auf der Berührungsebene der beiden sich stoßenden Körper (Stoßnormale) verläuft durch die Schwerpunkte beider Körper.
    • Im Sinne dieser Definition ist der Stoß zweier homogener Kugeln stets ein zentraler Stoß.
  • Exzentrischer Stoß
    • Die Stoßnormale geht nicht durch die Schwerpunkte der beiden Körper.
  • Gerader Stoß
    • Die sich stoßenden Körper bewegen sich vor dem Stoß in Richtung der Stoßnormalen.
  • Schiefer Stoß
    • Die Stoßrichtung bildet mit der Stoßnormalen einen Winkel ungleich 0 ° und 180 °.
• Abhängig von der Art der beim Stoß auftretenden Verformungen unterscheidet man zwischen elastischen und unelastischen Stößen.
  • Elastischer Stoß
    • Es ergeben sich keine bleibenden Verformungen. Die beim Stoß auftretenden temporären Verformungen werden vollständig wieder in kinetische Energie umgewandelt.
    • Es findet kein Verlust an kinetischer Energie statt.
  • Unelastischer (plastischer) Stoß
    • Ein Teil der kinetischen Energie der stoßenden Körper wird zu einer dauerhaften (plastischen) Verformung der beiden Körper verwendet.
    • Die kinetische Energie nach dem Stoß ist geringer als vor dem Stoß, die Differenz wurde letztendlich in Wärmeenergie umgewandelt.

Elastischer gerader zentraler Stoß

• Seien m₁ und m₂ die Massen zweier Körper, die sich mit den Geschwindigkeiten v₁ und v₂ aufeinander zu bewegen, so sind ihre Geschwindigkeiten nach dem Stoß u₁ bzw. u₂.
• Aufgrund der Erhaltung der Energie gilt:

• Außerdem gilt nach dem Impulserhaltungssatz:

• Für die sich ergebenden Geschwindigkeiten der beiden Körper nach dem Stoß ergeben sich:

bzw.

• Haben die beiden stoßenden Körper die gleiche Masse ergibt sich für die Geschwindigkeiten nach dem Stoß:

und

• Die Körper tauschen in diesem Spezialfall also ihre Geschwindigkeiten beim Stoß aus.
• Beim geraden elastischen zentralen Stoß eines Körpers der Masse m₁ gegen eine feste Wand (m₂ >> m₁ und v₂ = 0) ergibt sich:

• Der stoßende Körper bewegt sich also nach dem Stoß mit der betragsgleichen Ausgangsgeschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung.

Unelastischer gerader zentraler Stoß

• Aufgrund der Umwandlung eines Teils der vor dem Stoß vorhandenen kinetischen Energie in Wärmeenergie, gilt hier nur der der Impulserhaltungssatz:

• Beim vollkommen unelastischen Stoß bewegen sich beide Körper nach dem Zusammenprall mit derselben Geschwindigkeit u weiter.
• Somit ergibt sich:

• Stimmen die Massen der stoßenden Körper überein, so ergibt sich die resultierende Geschwindigkeit zu: