Werden immer so viele Kugeln weggestoßen, wie auf der anderen Seite auftreffen?
WORUM GEHT ES?
Mehrere gleich schwere Kugeln sind dicht hintereinander an gleich langen Fäden aufgehängt. Wenn man links die äußerste Kugel anhebt und gegen die nächste prallen lässt, wird am anderen Ende der Reihe die äußerste Kugel weggestoßen – die übrigen Kugeln aber verharren regungslos! Dieses einfach aufgebaute mechanische Experiment, das seinen Namen von dem Klicken und Klacken der Kugeln erhalten hat, ist deshalb von großer didaktischer Bedeutung, weil zu seiner Erklärung zwei fundamentale Prinzipien der klassischen Mechanik erforderlich sind: der Impulserhaltungssatz und der Energieerhaltungssatz.
WESHALB IST DAS SO?
Eine Kugel, die sich bewegt, besitzt aufgrund ihrer Masse und ihrer Geschwindigkeit einen Impuls. Dieser bleibt solange erhalten, wie man keinen Einfluss auf die Kugel nimmt, eine Erkenntnis, die wir Sir Isaac Newton verdanken und die man Impulserhaltungssatz nennt.
Hebt man die am weitesten links hängende Kugel an und lässt sie auf die nächste ruhende Kugel prallen, so gibt sie ihren Impuls komplett an diese weiter. In diesem Fall spricht man von einem elastischen Stoß. Dieser bedeutet, dass der Gesamtimpuls vor und nach dem Stoß erhalten ist. Danach wird der Impuls solange unter den ruhenden Kugeln weiter gegeben, bis er die am weitesten rechts hängende erreicht. Diese kann den Impuls nicht mehr weitergeben und wird deshalb genauso weit ausgelenkt, wie man die erste Kugel angehoben hat. Hierfür ist entscheidend, dass alle Kugeln gleich schwer sind. Wäre dies nicht der Fall, würde nicht immer der gesamte Impuls weitergegeben, sondern nur ein bestimmter Anteil, und die letzte Kugel würde sich nicht so weit nach außen bewegen wie die erste.
Prallt danach die am weitesten rechts hängende Kugel wieder zurück auf ihre benachbarte ruhende Kugel, beginnt die ganze Prozedur in die andere Richtung. Auf welcher Seite man beginnt, spielt keine Rolle. Das Ganze funktioniert auch dann, wenn man zu Beginn zwei (oder noch mehr) Kugeln anhebt, denn dann werden am anderen Ende der Gruppe gleich zwei (oder entsprechend mehr) Kugeln ausgelenkt. Das wiederum liegt am Energieerhaltungssatz. Dieser lässt es nicht zu, dass z.B. eine Kugel am Ende den gesamten Impuls der zwei Kugeln am Anfang aufnimmt, weil sich dann die Energie des gesamten Systems ändern würde.
Alltagsbezug
Das große Klick-Klack in der PHÄNOMENTA wird auch Newton-Pendel oder Newton-Wiege genannt und geht auf den französischen Physiker Edme Mariotte zurück. In den 1960er-Jahren wurde es als Spielzeug wieder bekannt.