Rückstoß

Der Rüchstoß spielt nicht nur in der Waffentechnik eine Rolle, sondern z.B. auch

• bei der Fortbewegung von Quallen,
• bei der Fortbewegung von Flugzeugen und Raketen,
• beim Antrieb von Schiffen,
• beim Antrieb von Ruder- und Paddelbooten

und an vielen anderen Stellen, beispielsweise auch bei Spielzeug.

Bild 2 zeigt dazu ein einfaches Beispiel: Ein Luftballon wird aufgeblasen und mit einer Düse verbunden. Die in der einen Richtung ausströmende Luft bewirkt eine Bewegung des kleinen Rennautos in der entgegengesetzten Richtung.

Das Auftreten eines Rückstoßes kann mithilfe des Impulserhaltungssatzes erklärt werden. Einbezogen werden kann auch das Wechselwirkungsgesetz oder eine Bilanz der Kraftstöße.

Physikalische Grundlagen

Wir betrachten als Beispiel den Abschuss eines Geschosses aus einer Pistole (Bild 3). Pistole und Geschoss bilden ein abgeschlossenes System mit dem Gesamtimpuls null. Der Impuls bleibt nach dem Impulserhaltungssatz auch dann null, wenn im System innere Kräfte wirken, also das Geschoss abgefeuert wird. Es gilt für die Impulse:

$\begin{array}{l}{\overrightarrow{p}}_{\text{Gesamt}}={\overrightarrow{p}}_{\text{Pistole}}+{\overrightarrow{p}}_{\text{Geschoss}}=\overrightarrow{0}+\overrightarrow{0}=\overrightarrow{0}\\ \text{Dafür kann man auch schreiben:}\\ m_{\text{P}}\cdot {\overrightarrow{v}}_{\text{P}}+m_{\text{G}}\cdot {\overrightarrow{v}}_{\text{G}}=\overrightarrow{0}\text{oder}{m}_{\text{P}}\cdot {\overrightarrow{v}}_{\text{P}}=-m_{\text{G}}\cdot {\overrightarrow{v}}_{\text{G}}\\ \text{Beachtet man die entgegengesetzte Richtung der beiden}\\ \text{Geschwindigkeiten}\text{, so gilt:}\\ m_{\text{P}}\cdot v_{\text{P}}=m_{\text{G}}\cdot v_{\text{G}}\end{array}$

In Worten: Die Beträge der Impulse beider Körper des Systems sind gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet.
Betrachtet man die Impulsänderung, so kann man davon ausgehen, dass eine Impulsänderung mit einem Kraftstoß verbunden ist. Für die Pistole würde dann gelten:

$\begin{array}{l}\text{Die Impulsänderung}\Delta p\text{beträgt für die Pistole:}\\ \Delta p=m_P\cdot v_P\\ \text{Sie ist gleich einem Kraftstoß}\overline{F}\cdot \Delta t,\text{der als Rückstoß}\\ \text{bezeichnet wird:}\\ \overline{F}\cdot \Delta t=m_P\cdot v_P\\ \overline{F}\text{mittlere Kraft während der Stoßzeit}\\ \Delta t\text{Dauer des Stoßes}\\ m_{\text{P}}\text{Masse der Pistole}\\ v_{\text{P}}\text{Geschwindigkeit der Pistole}\end{array}$

Aus dieser Gleichung kann man Aussagen über die beim Rückstoß wirkende mittlere Kraft, der Stoßkraft, ableiten. Bei gegebener Masse der Pistole hängt sie von der Geschossgeschwindigkeit und der Dauer der Beschleunigung im Lauf ab.

Anwendungen

Der Rückstoß wird beispielsweise in folgender Weise genutzt:

• Quallen stoßen Wasser in einer bestimmten Richtung aus. Sie bewegen sich dadurch in der entgegengesetzten Richtung.
• Bei Raketen werden Verbrennungsgase mit hoher Geschwindigkeit in der einen Richtung ausgestoßen. Die Rakete bewegt sich dadurch in der entgegengesetzten Richtung. Nähere Erläuterungen dazu sind unter dem Stichwort „Raketenantrieb“ gegeben.
• Bei Flugzeugen (Düsentriebwerke, Turboproptriebwerke) werden ebenfalls Verbrennungsgase in der einen Richtung ausgestoßen, die eine Bewegung des Flugzeuges in der entgegengesetzten Richtung bewirken.
• Bei Schiffen erfolgt der Antrieb und die Steuerung teilweise durch Turbinen, die angesaugtes Wasser mit hoher Geschwindigkeit ausstoßen.
• Beim Rudern wird Wasser durch die Ruderblätter in der einen Richtung bewegt. Das Boot bewegt sich dann in der entgegengesetzten Richtung.

Was heißt „rückstoßfrei“?

Bei Geschützen spricht man manchmal davon, dass sie rückstoßfrei seien. Da ein Rückstoß beim Abfeuern eines Geschosses physikalisch grundsätzlich nicht vermeidbar ist, wendet man einen Trick an: Der Rückstoßimpuls wird durch den Schubimpuls eines Pulvergasstrahls kompensiert, der entgegengesetzt zur Richtung der Geschossbewegung austritt und demzufolge dem Impuls des Geschützes entgegenwirkt.