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Bei der Translation charakterisiert der Impuls den Bewegungszustand eines Körpers. In analoger Weise lässt sich bei der Rotation der Bewegungszustand eines rotierenden starren Körpers durch die physikalische Größe Drehimpuls kennzeichnen. Der Drehimpuls eines Körpers kann berechnet werden mit der Gleichung:

$\begin{array}{l}\overrightarrow{L}=J\cdot \overrightarrow{\omega }\\ J\text{Trägheitsmoment des Körpers}\\ \overrightarrow{\omega }\text{Winkelgschwindigkeit}\end{array}$

An der Entwicklung und der Interpretation der Quantenphysik waren viele bedeutende Physiker beteiligt. Entscheidende Schritte wurden in den zwanziger Jahren des 20. Jahrhundert gegangen. 1927 veröffentlichte NIELS BOHR sein Komplementaritätsprinzip. Im gleichen Jahr formulierte WERNER HEISENBERG die Unbestimmtheitsrelation. Sie besagt, dass der Ort und der Impuls eines Quantenobjektes nicht gleichzeitig genau bestimmt werden können und wird häufig folgender mathematischen Beziehung angegeben:
$\Delta x\cdot \Delta p\ge \frac{h}{4\pi }$

Das ist eine, aber nicht die einzige Möglichkeit, die heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation zu formulieren.

Es gibt in der klassischen Physik und in der Relativitätstheorie eine Reihe von Größen, die ihren Wert bzw. ihre Form nicht ändern, wenn man von einem Inertialsystem in ein anderes übergeht. Solche Größen werden als invariante Größen bezeichnet. Auch für Gesetze gibt es eine Invarianz. Die Bestimmung von invarianten Größen bzw. Gesetzen trägt dazu bei, physikalische Phänomene und Zusammenhänge besser zu verstehen.

Die Masse ist ein Maß für die Schwere und die Trägheit eines Körpers. In der klassischen Physik wird sie als konstant angesehen. In der speziellen Relativitätstheorie ist es möglich, sie als abhängig von der Geschwindigkeit zu interpretieren, um experimentelle Tatsachen zu erklären. Für diese relativistische Masse $m_{\text{rel}}$ gilt dann:

$$m_\text{rel}=\frac{m_0}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$$Mittlerweile wird diese Interpretation allerdings vermieden. In der aktuellen Forschung wird die Masse auch in Bezug auf die Relativitätstheorie als konstant angenommen.

Der Kraftstoß kennzeichnet die zeitliche Wirkung einer Kraft auf einen Körper. Der Impuls dagegen ist eine Größe, die den Bewegungszustand eines Körpers unter Einbeziehung seiner Masse charakterisiert. Zwischen diesen beiden Größen besteht ein enger Zusammenhang. Jeder Kraftstoß ist mit einer Impulsänderung verbunden:
$\overrightarrow{F}\cdot \Delta t=m\cdot \Delta \overrightarrow{v}\text{oder}\overrightarrow{I}=\Delta \overrightarrow{p}$
Während der Kraftstoß einen Vorgang kennzeichnet und damit eine vektorielle Prozessgröße ist, beschreibt der Impuls den Bewegungszustand eines Körpers und ist eine vektorielle Zustandsgröße.

ISAAC NEWTON (1643-1727) entdeckte einen grundlegenden Zusammenhang zwischen Kraft, Masse und Beschleunigung, der als 2. newtonsches Gesetz, Grundgesetz der Mechanik oder newtonsches Grundgesetz bezeichnet wird und lautet:

$\begin{array}{l}\overrightarrow{F}=m\cdot \overrightarrow{a}\\ F\text{auf einen Körper wirkende (resultierende) Kraft}\\ m\text{Masse des Körpers}\\ a\text{Beschleunigung des Körpers}\end{array}$

Etwas allgemeiner kann man auch formulieren:

$\begin{array}{l}\overrightarrow{F}=\frac{\Delta \overrightarrow{p}}{\Delta t}\text{oder in differenzieller Schreibweise}\overrightarrow{F}=\frac{\text{d}\overrightarrow{p}}{\text{d}t}\\ \text{Dabei bedeuten:}\Delta \overrightarrow{p}\text{, d}\overrightarrow{p}\text{Impulsänderung des Körpers}\\ \Delta t\text{, d}t\text{Zeitintervall}\\ \\ \end{array}$

In der Physik wird ein von seiner Umgebung abgegrenzter Bereich als System oder als physikalisches System bezeichnet. Je nach der Art der Abgrenzung zwischen System und Umgebung unterscheidet man zwischen offenen, geschlossenen und abgeschlossenen Systemen.
Physikalische Größen, die in einem abgeschlossenen System einen bestimmten Betrag haben, bezeichnet man als Erhaltungsgrößen. Solche Erhaltungsgrößen sind z.B. die Energie, der Impuls und der Drehimpuls.

Wirken zwei Körper aufeinander ein, so wirkt auf jeden der Körper eine Kraft. Die Kräfte sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet:

${\overrightarrow{F}}_1=-{\overrightarrow{F}}_2$

Dieses Gesetz wurde von dem berühmten englischen Naturforscher ISAAC NEWTON (1643-1727) entdeckt. Es wird auch als 3. newtonsches Gesetz oder 3. newtonsches Axiom bezeichnet. Entsprechend seinem Inhalt spricht man auch vom Gegenwirkungsprinzip, von „actio = reactio“ oder von „Kraft = Gegenkraft“.

Impuls und Drehimpuls sind grundlegende physikalische Größen. Während es beim Impuls um translatorische Bewegungen geht, bezieht der Drehimpuls auf die Rotation von Körpern um eine Drehachse. Für beide Größen gilt jeweils ein Erhaltungssatz. Im Test wird das Verständnis von Größen und Zusammenhängen aus diesem Themenfeld geprüft.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Impuls und Drehimpuls".

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

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