Physik Problem mit der Aufgabenerklärung

Wissenschaft Physik
#1

Also,
wir hatten letzten Donnerstag Physik & unsere Lehrerin hat uns eine Aufgabe zu Impulserhaltung gestellt :
Eine Rakete mit der masse m (gegeben) fliegt mit einer bestimmten Geschwindigkeit v (gegeben) - zu einem gewissen Zeitpunkt (nicht relevant) stößt die Rakete Treibstoff aus mit der masse m1 - der Treibstoff hat die Geschwindigkeit v1 (gegeben & negativ, da andere Richtung) und die Rakete danach die Geschwindigkeit v2 (gegeben) und die Masse m2 (m2 = m - m1).
Berechne die Masse des Treibstoffes.

Dann haben wir also mit dem Impulserhaltungssatz
m * v = m1 * v1 + (m-m1) * v2

Dann haben wir alles nach m1 aufgelöst und ich dachte die Aufgabe wäre gelöst, aber unsre Physiklehrerin hat uns dann erklärt das man die Geschwindigkeit des Treibstoffes (v1) relativ zu der der Rakete (v2) berechnen müsse also v1relativ = v1 - v2

Und da liegt das Problem, denn diesen Teil verstehe ich kein Stück. Könnte mir das einer von euch erklären ?

schonmal Danke & Liebe Grüße
Sammi :smile:

#2

Hallo Sammi,

versuchen wir es mal.
im Zeitpunkt des Ablassens des Treibstoffes hat der Treibstoff bereits die Geschwindigkeit der Rakete. Die relative Geschwindigkeit ist nun eine Sache des Bezugsssystem. Von der Rakete aus betrachtet entfernt sich der Treibstoff mit höherer Geschwindigkeit, weil der Betrachter des Treibstoffs sich als ruhend betrachtet. Von außen gesehen bewegen sich aber Rakete und Treibstoff gegeneinander. Analog wäre hier zu sehen zwei Fahrzeuge kollidieren, dann ist die Kollisionsgeschwindigkeit die Summe der Geschwindigkeiten beider Fahrzeuge. In deinem Fall ebenso die Summe.
Vielleicht kannst Du damit was anfangen.

Gruß
Manfred

#3

Hallole,

es ist natürlich die Frage woher die Angabe Ausstoßgeschwindigkeit der Treibstoffgase v1 kommt.

Wenn das so gemeint ist, daß der Wert v1 von einer Messung auf dem Teststand kommt, dann ist wirklich der Differenzbetrag zu nehmen, weil auf dem Meßstand der Raketenmotor fixiert ist.

Da war wohl die Erklärung der Aufgabenstellung etwas spärlich.

MfG
G. Aust

#4

Hallo Sammi96,

von mir auch einen lieben Gruß!

Für den Impulssatz müssen sich alle Geschwindigkeiten auf dieselbe Basis (Inertialsystem) beziehen. Wenn v1 relativ zur Rakete verstanden werden soll (könnte ja ganz vernünftig sein), so muss das in der Aufgabenstellung unmissverständlich mitgeteilt werden -:smile:

MfG roterstein

Eine Rakete mit der masse m (gegeben) fliegt mit einer bestimmten Geschwindigkeit v (gegeben).

Die Rakete stößt Treibstoff aus mit der masse m1 - der Treibstoff hat die Geschwindigkeit v1 (gegeben & negativ, da andere Richtung).

Danach hat die Rakete die Geschwindigkeit v2 (gegeben) und die Masse m2 (m2 = m - m1).

Berechne die Masse des Treibstoffes.

Dann haben wir also mit dem Impulserhaltungssatz
m * v = m1 * v1 + (m-m1) * v2

Dann haben wir alles nach m1 aufgelöst und ich dachte die Aufgabe wäre gelöst, aber unsre Physiklehrerin hat uns erklärt, dass man die Geschwindigkeit des Treibstoffes (v1) relativ zu der der Rakete (v2) berechnen müsse also v1(relativ) = v1 - v2.

#5

… sorry, bin leider im Moment zu sehr im Zeitstress…
Viele Grüße
Robert

#6

Das Flugzeug fliegt mit gleichmässiger Geschwindigkeit zum Grund und alle seine Komponenten somit auch, auch der Treibstoff. Der hat also schon eine Geschwindigkeit in die andere Richtung bevor er ausgstossen wird. Also gilt die Relativ-Geschwindigkeit zum Flugzeug als korrekt!

#7

m * v = m1 * v1 + (m-m1) * v2

Nach dem Impulserhaltungsgesetz ist die Ursprungsformel ja diese:
m[e]*v[e] + m[t]*v[t] = m[e]*v[a] + m[t]*v[a]
Erklärung: Rakete im Ende (Masse mit Geschwindigkeit) und Treibstoff (Masse, die im Wletraum mit Geschwindigkeit v[t] rumsabbert - also nicht Dein „v2“, mit der die Masse aus der Rakete ausgestoßen wird))
muss gleich sein mit
Masse Rakete und dem dann später verbrannten Treibstoff (iss ja nu noch in der Rakete) und beide haben die selben Vektoren (v[a])

m[e] = m[a] + m[t]
v[t] = v[a] + v[Treibstoffaustritt] (hier auf Vorzeichen achten)

und dann sollte Deine Lehrerin glücklich sein

Schönen Abend noch

LG
Ce

#8

Hallo

Also, ich glaub, ich kann das ausrechnen, aber ich hab sowas noch nie gemacht.
Hinweise: Impuls nicht mit Energie verwechseln.
Es gilt Impuls = Gegenimpuls.
Relativ heißt, die Rakete fliegt zwar schon, aber dem Treibstoff und der Rakete ist es egal. Was wie beschleunigt wird, kann beginnend von der Geschwindigkeit 0 ausgerechnet werden. Hinterher kann man problemlos die vorherige oder anfängliche Geschwindigkeit addieren, um wahre Geschwindigkeiten zu ermitteln.
Der Impuls dauert zwar eine Weile, aber ich habe den Eindruck, es kann ein momentaner Impuls zum Rechnen genommen werden.

MfG
Matthias

#9

Hallo Sammi,
ich kann Dir bis zum Impulserhaltungssatz folgen, in den man v1, wie Du ja auch schreibst, als nagative Zahl einsetzen muss.
In Deinem Text heißt es „der Treibstoff hat die Geschwindigkeit v1“. Das ist für mich eindeutig die Geschwindigkeit des ausgestoßenen Treibstoffs gegenüber uns, die wir als ruhende Beobachter auf der Erde stehen. Und dann berechnet man v1 eindeutig aus dem von Dir aufgeschriebenen Impulserhaltungssatz.

Sollte es aber im Text eventuell heißen „…die Rakete stößt den Treibstoff mit der Geschwindigkeit v1 aus“, dann könnte man möglicherweise annehmen, dieses v1 sei die Geschwindigkeit relativ zur fliegenden Rakete und man müsste dann von v1 noch die Geschwindigkeit v (auf gar keinen Fall aber v2!) abziehen.

Gruß
Jobie