Vektor

In allgemeinster Form ist ein Vektor ein Element eines Vektorraums, d. h. ein Objekt, das mit seinesgleichen addiert und mit einem Skalar multipliziert werden kann. Eine Multiplikation von Vektoren ist im Allgemeinen nicht definiert.

In der Physik versteht man unter einem Vektor eine Grösse, die sich bei räumlicher Drehung wie eine Strecke transformiert. Dehnt man den Begriff auf die raum-zeitliche "Drehung" (Lorentz-Transformation) aus, nennt man die Grösse auch Lorentz-Vektor oder Vierervektor.

Ein Vektor lässt sich immer durch drei Zahl (reell oder kompolex) darstellen, die man als Zeile (Zeilenvektor) oder als Spalte (Spaltenvektor) schreibt. Die Stromdichte einer skalaren, die Stromstärke einer vektorwertigen Menge sowie der Gradient eines skalaren Feldes transformieren sich wie ein Vektor. Mit dem Vektorprodukt wird aus zwei Vektoren ein weiterer Vektor gebildet.

Oft unterscheidet man noch zwischen polaren und achsialen Vektoren: die polaren Vektoren verhalten sich bei einer Spiegelung wie eine Strecke, die achsialen Vektoren zeigen im Spiegel in die entgegen gesetzte Richtung. Fliegt zum Beispiel ein einmotoriges Flugzeug schief auf eine spiegelnde Glasfront zu und sind seine Geschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit des Propellers gleich gerichtet, ist beim gespiegelten Flugzeug die Winkelgeschwindigkeit des Propellers entgegen gesetzt zu dessen Geschwindigkeit gerichtet. Achsial Vektoren werden aus den drei unterschiedlichen Komponenten eines schiefsymmetrischen Tensors gebildet.

Beispiele

• polare Vektoren
  • Impuls
  • Geschwindigkeit
  • Impulsstromstärke (Kraft)
  • Gravitationsfeldstärke
  • elektrische Feldstärke
• achsiale Vektoren
  • Drehimpuls
  • Winkelgeschwindigkeit
  • Drehimpulsstromstärke (Drehmoment)
  • magnetische Feldstärke

In der Raumzeit bildet die Masse oder Energie die zeitliche und der Impuls die räumliche Komponente des Energie-Impuls-Inhalts (Vierervektor) eines Objekts, der Drehimpuls muss um drei Komponenten zu einem vierdimensionalen, schiefsymmetrischen Tensor erweitert werden, die elektrische und die magnetische Feldstärke bilden gemeinsam den vierdimensionalen, schiefsymmetrischen Tensor des elektromagnetischen Feldes.