Aufgabe:
Ein Astronaut mit Raumanzug (Masse m1 = 200kg), versehen mit Werkzeug (Masse m2 = 4kg), entfernt sich von der Raumstation mit einer konstanten Geschwindigkeit von 0,05m/s. Nach 30s merkt er, dass er vergessen hat die Verbindungsleine einzuhaken. Er schleudert sein Werkzeug mit v = 3m/s relativ zur Raumstation von dieser weg.
a) Gilt für diesen Vorgang Impulserhaltung? Begründen Sie!
b) Berechnen Sie, ausgehend von der Impulserhaltung, welche Geschwindigkeit der Astronaut hat, wenn er das Werkzeug weggeschleudert hat.
c) Wie lange dauert es, bis er die Raumstation wieder erreicht?
d) Welche Bewegung führt der Schwerpunkt aus Astronaut und Werkzeug nach dem Wegschleudern aus?
Problem/Ansatz:
zu a)
Von der Beschreibung her und dem was gegeben ist, würde ich von einem elastischen Stoß ausgehen
zu b)
Laut Impulserhaltung gilt:
m1v1+m2v2 = m1v1'+m2v2'
Nach Aufgabe sind m1 = 200kg; v1 = 0,05m/s; m2 = 4kg; v2 = 0m/s? Hier bin ich nicht sicher, weil das werkzeug ja eig auch 0,05m/s besitzt, aber im Bezug zum Astronauten eigentlich 0m/s ist...? und v2' = 3m/s.
Mit umformen nach v1' ergibt sich mir -0,01m/s.
zu c)
Fühlt sich irgendwie zu einfach an, aber mit v = s/t und ausgehend davon, dass sich der Astronaut mit v1 = 0,05m/s und 30s von der Station entfernt befindet, müsste sich ein zurückgelegter Weg von 1,5m ergeben mit v*t = 0,05m/s * 30s = 1,5m.
Umformen und Einsetzen von v1' = 0,01m/s sollte nun t = s/v = 1,5m/0,01m/s = 150s oder 2,5min sein.
zu d)
Unter Vernachlässigung von Reibung und Wiederstand im Weltraum müsste es ja eine geradlinge Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit sein?
