Drehimpuls

Der Drehimpuls ist eine physikalische Größe, die die Rotationsbewegung eines Körpers beschreibt. Er ist eine vektorielle Größe und hat sowohl einen Betrag als auch eine Richtung.

Der Drehimpuls eines rotierenden Körpers hängt von seiner Massenverteilung und seiner Rotationsgeschwindigkeit ab. Je weiter die Massenverteilung vom Drehzentrum entfernt ist und je schneller sich der Körper um dieses Zentrum dreht, desto größer ist der Drehimpuls.

Der Drehimpuls eines starren Körpers kann mathematisch als das Produkt aus dem Trägheitsmoment und der Winkelgeschwindigkeit definiert werden. Das Trägheitsmoment eines Körpers gibt an, wie stark dieser Körper seine Rotationsbewegung um eine bestimmte Achse widersteht. Es hängt von der Massenverteilung des Körpers und seiner Form ab. Die Winkelgeschwindigkeit gibt die Geschwindigkeit an, mit der der Körper um die Achse rotiert.

Der Drehimpuls hat mehrere wichtige Eigenschaften:

  1. Der Drehimpuls eines geschlossenen Systems bleibt erhalten: Das bedeutet, dass der Gesamtdrehimpuls eines Systems unverändert bleibt, solange keine äußeren Drehmomente auf das System wirken. Dies wird als das Drehimpulserhaltungsgesetz bezeichnet und ist eine Konsequenz der Rotationsinvarianz in der Physik.
  2. Der Drehimpuls kann übertragen werden: Wenn ein Drehmoment auf einen rotierenden Körper wirkt, ändert sich sein Drehimpuls. Das Drehmoment ist definiert als das Produkt aus dem Drehimpuls und der Änderungsrate des Winkelgeschwindigkeitsvektors.
  3. Der Drehimpuls ist konservativ: Ähnlich wie bei der Energieerhaltung ist der Drehimpuls eine konservative Größe, die in bestimmten Situationen konstant bleibt. Zum Beispiel bleibt der Drehimpuls eines Körpers, der sich in einem Gravitationsfeld ohne äußere Drehmomente bewegt, erhalten.

Der Drehimpuls hat zahlreiche Anwendungen in der Physik und Technik. Er spielt eine wichtige Rolle in der Mechanik, der Astronomie, der Atomphysik, der Quantenmechanik und der Festkörperphysik. Der Drehimpuls ist besonders relevant für die Beschreibung von Rotationsbewegungen, wie sie in Systemen wie rotierenden Rädern, Planeten, Galaxien, Atomen und subatomaren Teilchen auftreten.