Impuls & Stöße

Ein Tischtennisball fliegt dir entgegen: kein Problem, du fängst ihn locker. Ein Medizinball mit derselben Geschwindigkeit: schon deutlich schwerer zu stoppen. Und einen rollenden Einkaufswagen hältst du leichter an als ein rollendes Auto. Offenbar steckt in bewegten Dingen etwas, das von zwei Sachen abhängt: wie schwer sie sind und wie schnell sie sind. Genau dieses Etwas nennt die Physik den Impuls.

Impuls: Masse mal Geschwindigkeit

Der Impuls $p$ eines Körpers ist einfach seine Masse mal seine Geschwindigkeit. Ein Fußball mit $0{,}4$ kg, der mit $10$ m/s fliegt, hat den Impuls $0{,}4 \cdot 10 = 4$ Kilogramm mal Meter pro Sekunde, kurz $4$ kg·m/s. Ein Auto mit $1000$ kg, das nur mit $1$ m/s rollt, kommt trotzdem auf $1000$ kg·m/s. Deshalb kann auch etwas Langsames gefährlich sein, wenn es nur schwer genug ist. Je größer der Impuls, desto mehr Kraft oder Zeit brauchst du, um die Bewegung zu stoppen.

Stöße: Der Impuls bleibt erhalten

Wenn zwei Körper zusammenstoßen, passiert etwas Erstaunliches: Der gesamte Impuls bleibt gleich, solange von außen keine weitere Kraft eingreift. Er kann nur von einem Körper auf den anderen übergehen, aber nicht verschwinden. Beim Billard siehst du das direkt: Die weiße Kugel trifft eine gleich schwere ruhende Kugel genau mittig, bleibt selbst fast stehen, und die getroffene Kugel rollt mit fast derselben Geschwindigkeit weiter. Der Impuls hat nur den Besitzer gewechselt. Damit kannst du sogar rechnen: Ein Wagen mit $4$ kg und $3$ m/s hat den Impuls $12$ kg·m/s. Prallt er auf einen ruhenden Wagen mit $2$ kg und beide haken sich ineinander, teilen sich $6$ kg diesen Impuls: Sie rollen gemeinsam mit $2$ m/s weiter. Achte außerdem immer auf die Richtung: Zwei gleich große Impulse, die genau entgegengesetzt laufen, ergeben zusammen null.

Und warum retten Knautschzonen und Airbags Leben? Bei einem Unfall muss der Impuls des Autos auf null gebracht werden, daran führt kein Weg vorbei. Aber du hast eine Wahl bei der Zeit: Je länger das Abbremsen dauert, desto kleiner ist die Kraft in jedem Moment. Eine Knautschzone faltet sich zusammen und streckt den Aufprall über eine längere Zeit. Ein Airbag macht dasselbe für deinen Kopf: Statt hart und schlagartig zu stoppen, wirst du weich und über eine längere Zeit abgebremst.