Torsion

Aus SystemPhysik
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Die Torsion beschreibt die Verdrehung eines Bauteils infolge eines Drehimpulsstromes (Antriebswelle, Spindel einer Bohrmaschine, Schraubenzieher). Verformt sich die Drehimpuls leitende Welle zu einer Linksschraube, fliesst der Drehimpuls vorwärts. Bei einer Rechtsschraube wird der Drehimpuls gegen seine Bezugsrichtung transportiert. Die Stärke des durchfliessenden Drehimpulsstromes bezüglicher einer Referenzfläche nennt man auch Torsionsmoment.

Impulsströme

Drehimpuls ist nicht lokalisierbar. Folglich kann weder der zugehörige Inhalt noch der durchfliessende Strom direkt gemessen werden. Drehimpulsströme lassen sich nur indirekt über die sie begleitenden Impulsströme nachweisen. Zwischen einer zu postulierenden Drehimpulsstromdichte und der sie begleitenden Impulsstromdichte gilt eine Gradientenbeziehung. Bei der Torsion besagt diese Beziehung, dass jeder Drehimpulsstrom von Impulsströmen vollständig umhüllt sein muss. Fliesst z.B. z-Drehimpuls in Richtung der z-Achse, wird der ganze Transport von einem Wirbelzopf des z-Impulses umhüllt. Nun muss gemäss der Regel der zugeordneten Scherspannung an jedem Punkt, an dem eine bestimmte Komponente des Impulses seitwärts zur eigenen Bezugsrichtung störmt, eine zweite Komponente quer fliessen. Dies bewirkt, dass bei der Torsion zwei weitere Impulskomponenten den Drehimpulsstrom begleiten. Beide Komponenten werden quer zur eigenen Bezugsrichtung transportiert. In unserem Beispiel wird der in z-Richtung fliessende Drehimpulsstrom von einer Kombination aus x- und y-Impulsstrom berandet, wobei der in z-Richtung fliessende x-Impuls den z-Drehimpuls in Richtung der y-Achse begrenzt und der Strom des y-Impulses die Stärke des Drehimpulsesstromes in x-Richtung ändert.

Beispiele

Rohrstück

Ein kurzes Stück Rohr wird stirnseitig fest gehalten. Auf der gegenüber liegenden Seite ist es fest mit einer kleinen Platte verbunden. Diese Platte wird mittels eines Kräftepaars verdreht. Das hier verwendete Koordinatensystem weist mit der x-Achse nach vorne rechts, mit der y-Achse nach oben und mit der z-Achse nach links. Die Achse des Rohrs verläuft somit parallel zur z-Achse. Die beiden Kräfte wirken in Richtung der x-Achse. Die folgenden drei Bilder zeigen die Ströme der drei Impulskomponenten

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