Die Wissenschaft des Impulses
Man kann sich den Impuls als das Ausmaß der Bewegung eines Objekts vorstellen. Der Impuls wird durch die Masse des Objekts (wie viel es bewegt) und seine Geschwindigkeit (wie schnell es sich bewegt) bestimmt. In der Physik wird der Impuls durch „p“ dargestellt, daher lautet die Gleichung zur Bestimmung des Impulses p = mv (Impuls ist gleich Masse mal Geschwindigkeit). Ein schwererer Gegenstand, etwa eine Bowlingkugel, der sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt wie ein leichterer Gegenstand, etwa ein Kickball, hätte gemäß den Gesetzen der Physik einen größeren Impuls.
Für dieses MINT-Labor müssen Sie den Impuls und seine Auswirkung auf Kollisionen verstehen, da Sie später an einem Bowlingspiel namens „Strike Challenge“ teilnehmen. Sie programmieren den Speedbot so, dass er gegen einen Ball rennt, um Kegel umzuwerfen und die höchste Punktzahl zu erreichen. Überlegen wir, was passiert, wenn zwei Objekte kollidieren. Sie übertragen kinetische Energie, ja. Der Impuls jedes der beiden kollidierenden Objekte vor der Kollision kann jedoch vorhersagen, wie die beiden Objekte nach der Kollision reagieren werden. Wir werden später auf diesen Gedanken zurückkommen.
Diskussion anregen
Das Nachdenken über die Dynamik einer Diskussion ist eine gute Möglichkeit, die Bemühungen Ihrer Schüler zu lenken, diese konzeptualisieren. Der Schwerpunkt dieses MINT-Labors liegt auf dem Impuls des Roboters, wenn er mit einem Ball kollidiert.
Über die folgenden Fragen kann in metrischen Einheiten wie geschrieben oder in britischen Meilen, Pfund und Fuß pro Sekunde nachgedacht werden. Die Argumentation sollte dieselbe sein, ohne dass Konvertierungen erforderlich sind.
F: Was davon hat mehr Impuls: eine Kugel, die mit 8 km/h rollt, oder dieselbe Kugel, die mit 10 km/h rollt?
A: Die Kugel, die mit 10 km/h rollt, hat mehr Impuls, weil sie sich schneller bewegt.
F: Was davon hat mehr Schwung: ein durchschnittlich großes Auto, das mit 90 km/h fährt, oder ein Bus, der mit 90 km/h fährt?
A: Der Bus, der mit 90 km/h fährt, hat mehr Schwung, weil er mehr Masse hat.
F: Was davon hat mehr Schwung: ein Fahrrad, das einen Berg hinaufgefahren wird, oder das gleiche Fahrrad, das einen Berg hinuntergefahren wird?
A: Das Fahrrad, das einen Berg hinuntergefahren wird, hat mehr Schwung, weil sowohl das Herunterfahren des Bergs als auch das Treten in die Pedale seine Geschwindigkeit beschleunigen – es sei denn, es wird gleichzeitig gebremst.
F: Womit würden Sie lieber kollidieren: mit einem 1000 kg schweren Lastwagen, der sich mit 1 Meter pro Minute fortbewegt, oder mit einer 1 kg schweren Melone, die sich mit 1000 Metern pro Sekunde bewegt?
A: Der Lastwagen könnte Sie umwerfen, aber er bewegt sich nicht schnell genug, um Sie ernsthaft zu verletzen, wohingegen die Melone, die sich mit 1000 m/s bewegt, Sie töten könnte. Dies verdeutlicht, dass die Impulsmenge mit der Energiemenge zusammenhängt, die bei einer Kollision von einem Objekt übertragen wird. Die Masse eines Objekts allein reicht nicht aus, um zu bestimmen, wie viel zerstörerische Energie es bei einer Kollision freisetzt. Wir müssen auch berücksichtigen, wie schnell es sich bewegt.