Was versteht man unter Drehimpuls?

Was ist Drehimpuls?

Drehimpuls, auch als Drall bezeichnet, ist eine grundlegende Größe in der Physik, die das Rotationsverhalten eines Objekts um eine Achse beschreibt. Es ist eine Erhaltungsgröße, was bedeutet, dass es in einem abgeschlossenen System konstant bleibt, solange keine äußeren Drehmomente wirken.

Definition

Mathematisch wird der Drehimpuls als das Vektorprodukt aus dem Positionsvektor eines Punktes relativ zur Rotationsachse und dem Impuls dieses Punktes definiert:

L = r × p

wobei:

• L der Drehimpulsvektor ist
• r der Positionsvektor zum Punkt ist
• p der Impulsvektor des Punktes ist

Bedeutung

Der Drehimpuls ist ein Maß für die Rotationsbewegung eines Objekts. Er liefert Informationen über:

• Rotationsgeschwindigkeit: Objekte mit höherem Drehimpuls rotieren schneller.
• Trägheitsmoment: Das Trägheitsmoment, das die Widerstandsfähigkeit des Objekts gegenüber Drehbeschleunigung misst, beeinflusst seinen Drehimpuls.
• Richtungsänderung: Änderungen im Drehimpuls können eine Richtungsänderung des Rotationsvektors bewirken, wie z. B. beim Werfen eines Frisbees.

Erhaltung des Drehimpulses

In einem abgeschlossenen System, in dem keine äußeren Drehmomente wirken, bleibt der Drehimpuls konstant. Dies bedeutet, dass die Gesamtsumme des Drehimpulses aller Objekte im System konstant ist.

Dieses Prinzip wird in einer Vielzahl von Situationen angewendet, wie z. B.:

• Eiskunstläufer: Eiskunstläufer rotieren schneller, indem sie ihre Arme und Beine einziehen, wodurch sie ihr Trägheitsmoment verringern und ihren Drehimpuls erhöhen.
• Planetenbewegung: Die Planeten umkreisen die Sonne auf elliptischen Bahnen, wobei ihr Drehimpuls konstant bleibt.
• Konservierung der Energie: In einem System mit Drehimpulserhaltung kann Energie zwischen Rotations- und Translationsbewegung umgewandelt werden, ohne den Gesamtdrehimpuls zu verändern.

Beispiele

Hier sind einige Beispiele für Drehimpuls in Aktion:

• Der Drehimpuls eines Kreisels hält ihn aufrecht.
• Der Drehimpuls der Erde verursacht ihre Rotation um ihre Achse.
• Der Drehimpuls eines Atoms bestimmt seinen Quantenzustand.