Frage: Sie und ein Freund nehmen an einem Eierwurfwettbewerb teil. Ziel dieses Wettbewerbs ist es, ein Ei über die weiteste Distanz zu werfen, ohne dass es zerplatzt oder aufbricht. Beschreiben Sie aus physikalischer Sicht Ihre Strategie zum Auffangen weit geworfener Eier, ohne dass diese zerbrechen. Verwenden Sie Begriffe wie Impuls und Momentum.
Die Antwort des Studenten war:
Beim Versuch, ein Ei aus größter Entfernung zu fangen, gibt es einige Dinge zu beachten. Dinge wie das Gewicht des Eies, die Entfernung, aus der Sie es werfen, und die Art und Weise, wie Sie das Ei fangen, können die Ergebnisse stark verändern.
Wenn man etwas so Kleines wie ein Ei wirft, muss man zunächst bedenken, dass je weiter die Distanz entfernt ist, desto mehr Kraft wird beim Werfen des Eies aufgewendet. Je mehr Kraft auf das Ei ausgeübt wird, desto mehr Schwung entsteht. Dies ist besonders wichtig, wenn Sie das Ei fangen, denn wenn Sie es falsch fangen, kann es dazu führen, dass es zerbricht.
Das Fangen des Eies kann besonders schwierig sein, da das Ei sehr spröde und zerbrechlich ist. Um den Schwung zu reduzieren, müssen Sie das Ei an den Seiten fassen, damit es nicht auf Ihre Hand spritzt. Der Impuls des Eies, also seine durchschnittliche Kraft über einen bestimmten Zeitraum, muss reduziert werden, um eine sichere Landung des Eies zu gewährleisten. Indem Sie das Ei an den Seiten fassen, reduzieren Sie seinen Schwung und Impuls, sodass das Ei später in Ihre Handfläche fällt.
Die Antwort des Lehrers war: Um den Wettbewerb zu gewinnen, müssen wir das Ei so hoch wie möglich werfen. Wenn es also herunterfällt, hat es ebenfalls eine hohe Geschwindigkeit. Die Masse des Eies ist festgelegt. Wenn wir also diesen Wettbewerb gewinnen müssen, sollten wir darauf vorbereitet sein, uns einer hohen Dynamik zu stellen, die wir bei seinem Untergang erhalten werden. Nehmen wir an, wir brauchen Zeit „t“, um dieses Ei zu fangen. Die Kraft beim Fangen des Eies beträgt also „F“, gegeben durch:
F*t=m(vf-vi)
Also F= m(vf-vi)/t
Und wir haben bereits gesehen, dass die Masse m fest ist.
Auch Vf =0, da das Ei nach dem Fangen endlich zur Ruhe kommt.
Vi ist die Geschwindigkeit, die kurz vor dem Fangen des Eies herrschte, und wir haben bereits gesehen, dass sie sehr hoch sein wird, wenn wir den Wettbewerb gewinnen wollen.
Um die Kraft zu verringern, können wir nun nur noch die Kontaktzeit „t“ mit unseren Händen so hoch wie möglich halten.
Wenn wir das tun, können wir die Kraft F so weit reduzieren, dass das Ei, obwohl es ziemlich spröde ist, nicht zerbricht.
Um die Kontaktzeit zu verlängern, müssen wir das Ei im Schwung fangen. Wir müssen unsere Hände nach unten bewegen, damit die Relativgeschwindigkeit zwischen der Hand und dem Ei geringer wird. Dadurch wird die Zeit „t“ effektiv verlängert und somit die Kraft F verringert.