Bezugssysteme - Beispiel Gummiball

Wissenschaft Physik
#1

Hallo!
Vielleicht kann mir ja jemand bei diesem Physikproblem helfen:

Ein elastischer Gummiball wird mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h von vorn gegen einen mit 150 km/h fahrenden Zug geworfen. Mit welcher Geschwindigkeit kommt der Ball
a) im Bezugssystem Erde
b) Im BZS Zug
zurück?

Ich hätte da schon ein paar Vermutungen, bin mir aber nicht sicher, welche von beiden stimmt (oder ob überhaupt eine davon zutrifft… :wink: )

zu a) 200 km/h ?!
zu b) -100 km/h, oder: er befindet sich außerhalb des Systems…(gibts sowas überhaupt?!)

Vielen Dank schon im Voraus!!

#2

Hallo!

Ein elastischer Gummiball wird mit einer Geschwindigkeit von
50 km/h von vorn gegen einen mit 150 km/h fahrenden Zug
geworfen. Mit welcher Geschwindigkeit kommt der Ball
a) im Bezugssystem Erde
b) Im BZS Zug
zurück?
zu a) 200 km/h ?!

Ja, die Differenzgeschw. zwischen Zug und Ball ist ja 200km/h.
Diese Geschwindigkeit sollte der Ball nach dem Aufschlag haben.

zu b) -100 km/h,

Überlege mal. Wenn der Ball nach dem Aufprall sich mit 200km/h gewegt
und der Zug weiter mit 150km/h weiter fährt, mit welcher Geschw.
entfernt sich der Ball vom Zug aus gesehen?

oder: er befindet sich außerhalb des
Systems…(gibts sowas überhaupt?!)

Naja, wenn es evtl. außerhalb des Universums liegt?
Gruß Uwi

#3

Hallo!

Der Ball fliegt dem Zug mit 50 entgegen. Plus Geschwindigkeit des Zuges von 150 ergibt eine Relativgeschwindigkeit von 200. Mit dieser Geschwindigkeit fliegt er nach dem Aufprall vom Zug weg. Ich gehe natürlich von einem absolut verlustfreiem, elatischen Stoß aus.

a) im Bezugssystem Erde

350 (Logisch)

b) Im BZS Zug

200 (Siehe oben)

Grüße

Andreas

#4

ein Gummiball verrichtet Federspannarbeit, ist quasi überelastisch. Ideal wäre eine Art Hartkugel (Kunstoff, Holz, Stahl).
Der Gummiball bringt ggü. der Hartkugel zwischen 100 und 200% der relativen Endgeschwindigkeit, je nach Konstruktion und Material.

Wenn das eine Aufgabe ist, ist die echt unglücklich gewählt. Mit den Angaben lassen sich kaum vernünftige Aussagen treffen.

Gruß

#5

Hallo!
Wir haben heute die Aufgabe in Physik besprochen…ich hab das Thema offensichtlich total falsch verstanden… :frowning:
200 und 350 km/h waren die richtigen Antworten. Aber, um ehrlich zu sein, kapiert hab ich das ganze noch nicht…
Lg w2n

#6

Hallo!

Ein elastischer Gummiball wird mit einer Geschwindigkeit von
50 km/h von vorn gegen einen mit 150 km/h fahrenden Zug
geworfen. Mit welcher Geschwindigkeit kommt der Ball
a) im Bezugssystem Erde
b) Im BZS Zug
zurück?
zu a) 200 km/h ?!

Ja, die Differenzgeschw. zwischen Zug und Ball ist ja 200km/h.
Diese Geschwindigkeit sollte der Ball nach dem Aufschlag
haben.

Nein, das ist falsch. 200 km/h nicht für’s BZS-Erde, sondern BZS-Zug!
Ungeachtet der Erde fliegt der Ball dem Zug mit einer Geschwindigkeit von 200km/h entgegen und prallt von diesen mit der gleichen Geschwindigkeit wieder ab. Vom Zug aus betrachtet ist es das gleiche, als wenn der Ball mit 200 Sachen auf den stehenden Zug fliegen würde.
Für’s BZS-Erde summiert sich dann die Geschwindigkeit von 150 zu 350km/h!

zu b) -100 km/h,

Überlege mal. Wenn der Ball nach dem Aufprall sich mit 200km/h
gewegt
und der Zug weiter mit 150km/h weiter fährt, mit welcher
Geschw.
entfernt sich der Ball vom Zug aus gesehen?

hier käme dann 50 km/h raus, was völliger Blödsinn ist.

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#7

Nein, das ist falsch. 200 km/h nicht für’s BZS-Erde, sondern
BZS-Zug!
Ungeachtet der Erde fliegt der Ball dem Zug mit einer
Geschwindigkeit von 200km/h entgegen und prallt von diesen mit
der gleichen Geschwindigkeit wieder ab.

Das stimmt leider nicht, noch nicht mal für einen Gummiball. Eine Holzkugel würde nur mit der halben Geschwindigkeit abprallen, wenn auch der zug massiv wäre. Probier es aus.

#8

für das Verständnis
Stell Dir vor Du wärst der Lokführer.
Der Ball kommt Dir mit einer Geschwindigkeit von 200 km/h entgegen. Dabei spielt es keine Rolle ob der Zug steht und der Ball fliegt, oder der Ball steht und der Zug fährt.
Nach dem Aufprall entfernt sich der Ball mit der gleichen Geschwindigkeit vom Zug, also mit 200 Sachen.
Dies ist das Bezugsystem Zug-Ball.

Bezogen auf die Erde:
Würde der Zug stehen und der Ball kommt mit 200 km/h auf ihn, so fliegt nach dem Aufprall der Ball mit 200 km/h entgegengesetzt wieder weg.
Würde der Ball stehn und der Zug käme mit 200 Sachen auf ihn zu, dann muß sich der Ball auch wieder mit 200 Sachen vom Zug entfernen, da dieser aber schon 200 km/h hat, summiert sich die Geschwindigkeit des Balles auf 400 km/h.
Würde jemand behaupten, der Ball flöge nur mit 200 km/h (BZS-Erde)weg, dann wäre bei diesem Extrembeispiel klar, daß der Ball sich nicht mehr vom Zug entfernte, sondern nur vor diesem hergeschoben würde. Das wäre aber kein elastischer Stoß mehr, sondern ein unelastischer.

Damit wird klar, daß man für das Bezugsystem Erde die Geschwindigkeit des Zuges zu der relativen Geschindigkeit Zug-Ball dazuaddieren muß.
Im Ausgangsbeispiel also 150 km/h + 200 km/h macht 350 km/h.

Verständlich?

#9

Das stimmt leider nicht, noch nicht mal für einen Gummiball.
Eine Holzkugel würde nur mit der halben Geschwindigkeit
abprallen, wenn auch der zug massiv wäre. Probier es aus.

Das ist Erbsenzählerei, Du weißt genau, daß es sich um eine Frage des elastischen Stoßes im Idealfall handelt. (also ohne irgendwelche Verluste durch Reibung oder Verformung.)

Sollte wirklich danach gefragt worden sein, lautete die Frage garantiert anders. Da würden bestimmt noch andere Parameter geneannt werden.
Was sollen also diese Verunsicherungen der Fragenden?

#10

Hallo,

Das stimmt leider nicht, noch nicht mal für einen Gummiball.
Eine Holzkugel würde nur mit der halben Geschwindigkeit
abprallen, wenn auch der zug massiv wäre. Probier es aus.

meine Güte, wenn eine Aufgabe mit „Ein elastischer Gummiball…“ beginnt, dann soll der Kandidat den Ball als aus einem fiktiven, perfekt elastischen „Gummi“-Material gefertigt annehmen, und die für diesen idealisierten Modellfall richtigen Gedankengänge entwickeln. Welche Elastizitätseigenschaften reale Gummibälle tatsächlich haben, spielt doch hier überhaupt keine Rolle.

Gruß
Martin

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#11

Was ist denn ein ideal elastischer Stoß? Bitte ganz konkret!

Ein Gummiball verrichtet zum grossen Teil Federspannarbeit, weshalb er bis fast (70-90%) auf Ausgangshöhe zurückspringt, wenn er fallengelassen wird.
Eine feste Kugel ist eher ideal elastisch, springt daher nur auf 50% zurück auf festem Untergrund.

Hier hat der Lehrer nichts anderes gemacht, als dem Jungen Unsinn beizubringen, indem er einen idealistischen Stoß lehren möchte und dabei Federspannarbeit zum Grossteil mit einfliessen lässt. Das sind physikalisch wohl noch zwei völlig verschiedene Dinge.

Daher: die Ergebnisse, die ihr gepostet habt, stimmen nichtmal näherungsweise für einen Gummiball, geschweige denn für einen ideal elastischen Stoß.

Ist hier zufällig ein Physiklehrer dabei, der mal ein paar Experimente machen und uns hier dokumentieren kann? Wäre echt hilfreich.

Gruß

#12

Hallo,

Was ist denn ein ideal elastischer Stoß? Bitte ganz konkret!

ein Stoß, bei dem die Summe der kinetischen Energien vorher gleich der Summe der kinetischen Energien nachher ist.

http://de.wikipedia.org/wiki/Sto%C3%9F_%28Physik%29

Alle festen makroskopischen Körper sind nicht ideal elastisch, andererseits kommen sie dem je nach Material durchaus nahe. Mit Hilfsmitteln kann man praktisch perfekt elastische Stöße auch im Makroskopischen realisieren, z. B. bei zwei Fahrzeugen auf einer Luftkissenbahn über sich gegenseitig abstoßende Magnete.

Echt ideal elastische Stöße kommen im mikroskopischen Bereich vor, z. B. sind die Stöße von Gasmolekülen an Behälterwänden ideal elastisch.

Ein Gummiball verrichtet zum grossen Teil Federspannarbeit,
weshalb er bis fast (70-90%) auf Ausgangshöhe zurückspringt,
wenn er fallengelassen wird.

Ja.

Eine feste Kugel ist eher ideal elastisch, springt daher nur
auf 50% zurück auf festem Untergrund.

Der Satz ist unlogisch. Soll eine feste Kugel Deiner Meinung nach mehr oder weniger elastisch sein als der Gummiball? Ist Dir die Bedeutung von „ideal elastisch“ klar? (Eine ideal elastische Kugel würde genau auf die Ausgangshöhe zurückspringen.)

Hier hat der Lehrer nichts anderes gemacht, als dem Jungen
Unsinn beizubringen, indem er einen idealistischen Stoß lehren
möchte und dabei Federspannarbeit zum Grossteil mit
einfliessen lässt.

Ich kann aus der Aufgabenstellung beim besten Willen nicht ablesen, wie dort „Federspannarbeit zum Großteil mit einfließen“ soll. Davon ist doch gar nicht die Rede.

Daher: die Ergebnisse, die ihr gepostet habt, stimmen nichtmal
näherungsweise für einen Gummiball, geschweige denn für einen
ideal elastischen Stoß.

Für einen ideal elastischen Stoß stimmen sie exakt, für einen realen Gummiball nicht besonders gut. Nochmal: Das Thema der Aufgabe ist der elastische Stoß, nicht die Eigenschaften von Gummibällen. Offensichtlich bist Du der einzige hier, der das nicht begriffen hat.

Gruß
Martin

#13

kritische Anmerkungen
Hallo!

Was ist denn ein ideal elastischer Stoß? Bitte ganz konkret!

Das laesst sich einfach und ganz konkret formulieren: Ein Stoss ist genau dann ideal elastisch, wenn die Summe der kinetischen Energien aller Stosspartner vor und nach dem Stoss gleich ist.

Hinweis: Dabei ist nichts darueber gesagt, ob waehrend des Stosses Energie zwischenzeitlich in andere Energieformen (z. B. Spannenergie) umgewandelt wird. Wichtig ist einzig und allein, dass nach vollendetem Stoss die Stosspartner zusammen noch immer genau soviel kinetische Energie haben wie vor dem Stoss.

Ein Gummiball verrichtet zum grossen Teil Federspannarbeit,
weshalb er bis fast (70-90%) auf Ausgangshöhe zurückspringt,
wenn er fallengelassen wird.

Was moechtest Du uns damit sagen? Nach dem Stoss ist der Ball doch wohl wieder
entspannt. Die abgegebene Energie steckt nicht in einer Spannung des Materials, sondern im wesentlichen in einer Erwaermung des Balles.

Eine feste Kugel ist eher ideal elastisch, springt daher nur
auf 50% zurück auf festem Untergrund.

Entschuldige bitte, aber das ist Unfug. Eine ideal elastische Kugel springt (wenn man von der Luftreibung und anderen Marginalien absieht) genau auf die Ausgangshoehe zurueck.

Hier hat der Lehrer nichts anderes gemacht, als dem Jungen
Unsinn beizubringen, indem er einen idealistischen Stoß lehren
möchte und dabei Federspannarbeit zum Grossteil mit
einfliessen lässt.

Erstens heist der Stoss ideal elastisch und nicht idealistisch.
Und zweitens ist die Federspannung ein Zwischenprodukt und fuer die rechnerische Untersuchung unerheblich.

Ist hier zufällig ein Physiklehrer dabei, der mal ein paar
Experimente machen und uns hier dokumentieren kann? Wäre echt
hilfreich.

Bitte, liebe Physiklehrer, zeigt eure Vernunft und werft jetzt nicht alle mit Gummibaellen auf vorbeifahrende ICE’s! :smile:

Liebe Gruesse,

The Nameless

#14

ja, so wird es wohl sein.
Hallo,

Ungeachtet der Erde fliegt der Ball dem Zug mit einer
Geschwindigkeit von 200km/h entgegen und prallt von diesen mit
der gleichen Geschwindigkeit wieder ab.

stimmt, wenn ich es mir richtig überlege, muß es wohl doch so sein.
Der Rest ist klar.
Gruß Uwi

#15

…Jetzt hab ich das Beispiel verstanden!
Vielen Dank, die Erklärung war wirklich hilfreich!

)