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Elastizität (Physik)
Aus Kefk.
Die Wechselwirkung eines Körpers mit anderen Körpern wird danach beurteilt, ob der Körper nach der Wechselwirkung genauso beschaffen ist wie vorher:
- elastischer Prozess: Der Körper wird durch den Prozess nicht verändert. Vor und nach dem Prozess hat er die gleichen inneren Eigenschaften, obwohl seine Lage und Geschwindigkeit zu den anderen Körpern verändert ist.
- inelastischer oder unelastischer Prozess: Der Prozess hat die inneren Eigenschaften des Körpers geändert.
Elastische Prozesse finden in einer Stahlfeder während des Biegens und Zurückfederns statt. Unelastisch heißt hier nicht: starr. In weichem Eisen finden unelastische Prozesse beim Biegen statt.
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Experimente als Beispiele
Diese Experimente führen einen elastischen und einen inelastischen Stoß vor. Der Stoß ist eine spezielle Art von Wechselwirkungsprozess.
Elastischer Ball
Nimm einen Tennisball oder einen straff aufgepumpten Plastball und wirf ihn auf den Stein-Fußboden. Fußboden und Ball sind die Körper, die wechselwirken. Vor dem Stoß auf den Fußboden fliegt der Ball frei, wenn wir die Reibung mit der Luft und die Schwerkraft vernachlässigen. Während der Wechselwirkung des Balls mit dem anderen Körper wird er elastisch verformt. Nach der Wechselwirkung fliegt er wieder frei in eine andere Richtung. Der Ball hat nach dem Stoß die gleichen Eigenschaften wie vor dem Stoß.
Plastischer Ball
Führst du aber das Experiment mit einem Apfel aus, so bekommt der Apfel bei der inelastischen Wechselwirkung mit dem Fußboden einen Stoßfleck und eine bleibende Delle. Er hat sich plastisch verformt, also seine Körpereigenschaften beim Stoß geändert.
Wird der Tennisball oder Plastball statt auf harten Fußboden auf Sand geworfen, so wird nicht der Ball, aber der Sand an der Auftreffstelle verformt – die Sandkörner ordnen sich um. Der Sandkörper hat durch den Stoß seine Eigenschaften geändert. Das ist ein inelastischer Prozess, während der Ball auch hier einen elastischen Prozess durchmacht.
Klassische und Quanten-Physik
Elastische und inelastische Prozesse treten sowohl bei makroskopischen als auch bei mikroskopischen Körpern (Teilchen) auf. Bei makroskopischen Körpern treten als inelastische Prozesse vor allem Formänderung (z.B. Autounfall) und Reibung zusammen mit Temperaturerhöhung auf.
Als mikroskopisch sind Körper zu betrachten, wenn Quanteneigenschaften eine Rolle spielen. Beispiele hierfür sind Prozesse mit Molekülen, Atomen und Elementarteilchen, aber auch im Festkörper.
Inelastische Prozesse im mikroskopischen Bereich sind dadurch gekennzeichnet, dass mehrere mögliche Prozesse mit verschiedenen Wahrscheinlichkeiten gleichzeitig stattfinden und dass sich darunter auch ein elastischer Prozess befindet. Solche inelastische Prozesse sind
- der Zerfall eines Moleküls in unterschiedliche Molekülbruchstücke und in Atome (i.a. unter Aussendung von elektromagnetischer Strahlung),
- die Ionisation eines Atoms,
- die Spaltung eines Atomkerns,
- die Umwandlung von Elementarteilchen in andere Elementarteilchen.
