Techniklexikon

Stoss

Klassische Mechanik, Vorgang, bei dem sich die Bewegungsrichtungen zweier oder mehrerer Körper unter ihrem gegenseitigen Einfluss plötzlich oder stetig ändern. Dabei müssen sich die Körper nicht unbedingt berühren; die gegenseitige Wirkung ihrer Kraftfelder genügt ebenfalls, um eine Richtungsänderung herbeizuführen. Man spricht in diesem Fall auch von Streuung.

Im engeren Sinne ist ein Stoss das Zusammenprallen von zwei oder mehreren starren Körpern oder Massenpunkten. Im infinitesimalem Zeitelement des Berührens wirken hier fast unendliche Kräfte, die die momentane Impulsänderung der beteiligten Körper herbeiführen. Der einfachste Fall ist der elastische Stoss zweier Körper. Hierbei gelten Impulserhaltung sowie der Energiesatz, und aus den Impulsvektoren vor dem Stoss lassen sich die entsprechenden Vektoren nach dem Stoss gewinnen. Aus der Impulserhaltung folgt, dass der Schwerpunkt des Systems der beiden Körper ruht und vor und nach dem Stoss identisch ist. Zweckmässigerweise wird der Bewegungsvorgang deshalb imSchwerpunktssystem (S-System) beschrieben. Die Geschwindigkeiten der stossenden Körper im S-System sind mit denen im Laborsystem (L-System) durch

verknüpft. Dabei ist  die Differenz  der Geschwindigkeitsvektoren im Laborsystem. Nach dem Stoss ergibt sich

n_o ist der Einheitsvektor in Richtung der Geschwindigkeit von Teilchen 1 nach dem Stoss. Er hängt von der gegenseitigen Lage der Körper und dem Wechselwirkungsgesetz ab. Das Ergebnis kann interpretiert werden als eine Drehung der Geschwindigkeitsvektoren im S-System, bei der die Beträge erhalten bleiben. Man spricht vom geraden Stoss, wenn sich die Körper vor und nach dem Stoss auf einer gemeinsamen Geraden bewegen; der allgemeine Fall ist der schiefe Stoss. Ein zentraler Stoss liegt vor, wenn die Stossnormale (gemeinsame Normale der Körperflächen im Berührungspunkt) in Richtung der Verbindungsgeraden der Körperschwerpunkte liegt; dies ist bei homogenen Kugeln immer der Fall.

Der Erhaltungssatz für die mechanische Energie gilt nicht mehr, wenn einer der Stosspartner unelastisch ist. Er nimmt beim Zusammenprall kinetische Energie auf und gibt diese nicht vollständig zurück. Man führt bei Stössen realer Körper die Stosszahl (Restitutionskoeffizient)  ein. Der Index n bezeichnet die in Richtung der Stossnormalen fallenden Geschwindigkeitskomponenten. Beim elastischen Stoss ist e = 1, beim vollständig unelastischen Stoss e = 0. Beim geraden, unelastischen Stoss gilt für die Bewegungsrichtungen nach dem Stoss im Laborsystem:

Der Stossverlust bezeichnet den beim unelastischen Stoss in Wärme- und Deformationsenergie umgesetzten Anteil der ursprünglichen kinetischen Energie; er beträgt . Bei bekannter Stossnormaler lassen sich die Geschwindigkeitsvektoren beim schiefen, inelastischen Stoss aus denen des geraden Stosses herleiten. Ist die Stossnormale nicht bekannt, können nur die Geschwindigkeitsbeträge über die Erhaltungssätze angegeben werden.

Der Kraftstoss bezeichnet den Impulsübertrag beim Stoss, . Von ihm hängt der Streuwinkel q ab, unter dem die Körper sich nach dem Stoss auseinanderbewegen: .