Drehimpuls

Der Drehimpuls ist die bilanzierfähige Primärgrösse der Rotationsmechanik. Er transformiert sich im Raum wie ein Vektor. Der Drehmpulsinhalt eines starren Körpers kann durch die Winkelgeschwindigkeit ausgedrückt werden. Der Drehimpuls wird in Newtonmetersekunde (Nms; 1 Nms = 1 kgm²/s) gemessen. Als Formelzeichen verwenden wir L oder (L_x, L_y, L_z).

Der Drehimpuls spaltet bezüglich eines raumfesten Koordinatensystems (Weltsystem) in drei Komponenten auf. Jede dieser drei Komponenten darf als eigenständige Menge bilanziert werden. Untersucht man nun Bewegungen in der Ebene oder längs einer Achse, tritt nur eine Komponente in Erscheinung. Diese Menge, die gespeichert und transportiert werden kann, bezeichnet man in der Umgangssprache als Drall. Im Gegensatz zur Masse und analog zur elektrischen Ladung oder zum Impuls kann der Drehimpulsinhalt eines Körpers kleiner als Null werden. Ein Körper, der sich gegen die durch die Koordinaten des Weltsystems definierte, positive Richtung dreht (w<0), besitzt dann eine Schuld, die nur durch Zufuhr von Drehimpuls ausgeglichen werden kann.

Drehimpulsströme hinterlassen keine direkten Spuren. Ein Drehimpulsstrom wird aber immer von begleitenden Impulsströmen begrenzt. Fliesst der Drehimpuls in seine eigene Bezugsrichtung durch den Körper, wird dieser auf Torsion belastet, fliesst er quer dazu, bezeichnet man die Belastung als Biegung. Querfliessende Impulsströme bilden Drehimpulsquellen aus. Die Stärke eines Drehimpulsstromes bezüglich eines ausgewählten Systems und die Quellenstärke nennt man Drehmoment. Die Drehimpulsbilanz verknüpft die Drehimpulsströme und die Drehimpulsquellen mit der Inhaltsänderung. Weil der Drehmpuls unter allen Umständen erhalten bleibt, gibt es keine Drehimpulsproduktionsrate.

Drehungen auf einer Achse, wie sie z.B. bei Antriebstängen auftreten, lassen sich gut im Flüssigkeitsbild darstellen und analysieren.

Bezüglich der Raum-Zeit bildet der Drehimpuls den räumlichen Teil des Drehimpulstensors. Der Drehimpuls eines Körpers ist quantisiert und gleich dem Vielfachen des Drehimpulsquantums. Teilchen, deren Eigendrehimpuls oder Spin gleich dem ganzzahligen Vielfachen (0, 1, 2) des Drehimpulsquantums ist, nennt man Bosonen; Teilchen, deren Eigendrehimpuls oder Spin gleich dem halbzahligen Vielfachen (1/2, 3/2, 5/2) ist, heissen Fermionen. Fermionen bilden die Materie und Bosonen die "Kraft"felder.