Drehimpuls

Drehimpuls, Eigenschaft, die die Rotationsträgheit eines Objekts oder eines Systems von Objekten in Bewegung um eine Achse charakterisiert, die durch das Objekt oder System verlaufen kann oder auch nicht. Die Erde hat einen Bahndrehimpuls aufgrund ihrer jährlichen Umdrehung um die Sonne und einen Rotationsdrehimpuls aufgrund ihrer täglichen Drehung um ihre Achse. Der Drehimpuls ist eine Vektorgröße, die für ihre vollständige Beschreibung sowohl die Angabe eines Betrages als auch einer Richtung erfordert. Der Betrag des Drehimpulses eines umlaufenden Objekts ist gleich seinem linearen Impuls (Produkt aus seiner Masse m und seiner linearen Geschwindigkeit v) mal dem senkrechten Abstand r vom Rotationszentrum zu einer Linie, die in Richtung seiner momentanen Bewegung gezogen wird und durch den Schwerpunkt des Objekts verläuft, oder einfach mvr. Für ein rotierendes Objekt hingegen muss der Drehimpuls als die Summe der Größe mvr für alle Teilchen, aus denen das Objekt besteht, betrachtet werden. Der Drehimpuls kann äquivalent formuliert werden als das Produkt aus I, dem Trägheitsmoment, und ω, der Winkelgeschwindigkeit, eines rotierenden Körpers oder Systems, oder einfach Iω. Wenn die Rotation mit einer der Hauptachsen eines Körpers ausgerichtet ist, ist die Richtung des Drehimpulsvektors die der Rotationsachse des gegebenen Objekts und wird als positiv in der Richtung bezeichnet, in die sich eine rechtsdrehende Schraube bewegen würde, wenn sie ähnlich gedreht würde. Geeignete MKS- oder SI-Einheiten für den Drehimpuls sind Kilogrammmeter zum Quadrat pro Sekunde (kg-m2/sec).

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Mechanik: Drehimpuls und Drehmoment

Ein Teilchen der Masse m und der Geschwindigkeit v hat den linearen Impuls p = mv. Das Teilchen…

Für ein gegebenes Objekt oder System, das von äußeren Kräften isoliert ist, ist der Gesamtdrehimpuls eine Konstante, eine Tatsache, die als Drehimpulserhaltungssatz bekannt ist. Ein starres rotierendes Objekt beispielsweise dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit und fester Ausrichtung weiter, wenn es nicht durch ein äußeres Drehmoment beeinflusst wird. (Die Änderungsrate des Drehimpulses ist in der Tat gleich dem angelegten Drehmoment.) Ein Eiskunstläufer dreht sich schneller bzw. hat eine größere Winkelgeschwindigkeit ω, wenn die Arme nach innen gezogen werden, weil dadurch das Trägheitsmoment I verringert wird, während das Produkt Iω, der Drehimpuls des Eiskunstläufers, konstant bleibt. Wegen der Richtungs- und Betragserhaltung bleibt ein Kreiselkompass in einem Flugzeug in seiner Ausrichtung fixiert, unabhängig von der Bewegung des Flugzeugs.

Zur Erweiterung des Konzepts von Bahn- und Spin-Drehimpuls auf analoge Eigenschaften subatomarer Teilchen wie Elektronen siehe Spin. Siehe auch Drehimpuls.