Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

Der beobachtete Effekt wird u. a. bei der Pirouette beim Eislaufen und beim Salto (z. B. beim Turmspringen) genutzt: Die Sportler vergrößern ihre Rotationsge- schwindigkeit, indem sie ihr Trägheitsmoment durch Anziehen der Arme und/oder Beine verkleinern ( 21.2 ). Experiment: Drehimpuls 2 22.1 E 1 Setze dich auf einen Drehschemel und halte die Achse eines Rades lotrecht. Schemel und Rad befinden sich zunächst in Ruhe. Der Drehimpuls des Systems ist null, da ω = 0 ist. Greife nun in die Speichen des Rades und versetze es in rasche Drehung. Was stellst du fest? Bremse das Rad ab. (Tipp: Verwende ein Tuch, damit die Hand nicht darunter leidet!) Was stellst du jetzt fest? ( 22.1 ) Ergebnis des Experiments: Indem du das Rad in Rotation versetzt, drehst du dich selbst langsam im Gegensinn. Hältst du das Rad an, hört auch deine Drehung auf. Offensichtlich sind zwei Drehimpulse zu beachten: Der Drehimpuls des Rades und jener von Drehschemel und Mensch. Experiment: Drehimpuls 3 22.2 E 1 Setze dich auf einen Drehschemel. Lass dir ein rotierendes Rad mit lotrechter Achse geben. Der Schemel bleibt dabei in Ruhe. Bremse das Rad ab. Was ge- schieht? ( 22.2 ) Ergebnis des Experiments: Indem du das Rad abbremst, drehst du dich selbst im Drehsinn des Rades. Experiment: Drehimpuls 4 22.3 E 1 Setze dich auf einen Drehschemel. Lass dir ein rotierendes Rad mit lotrechter Achse geben. Kippe das Rad um 180 Grad. Was geschieht? ( 22.3 ) Ergebnis des Experiments: Du spürst einen beträchtlichen Widerstand gegen das Kippen, schließlich rotierst du im ursprünglichen Drehsinn des Rades. Die Experimente legen nahe, dass es auch für den Gesamtdrehimpuls im abge- schlossenen System einen Erhaltungssatz gibt. Erhaltungssatz des Drehimpulses Im abgeschlossenen System bleibt der Gesamtdrehimpuls konstant. Experiment: Drehimpuls 5 22.4 E 1 Du stehst am Boden. Lass dir ein schnell rotierendes Rad geben und versu- che, die Achse zu kippen. Beschreibe, was passiert. Beobachtung: Man spürt einen großen Widerstand gegen das Kippen, die Achse weicht seitlich aus. Die Bewegungsgleichung der Rotation M æ = I · æ α​ sagt, dass ein Drehmoment eine Winkelbeschleunigung bewirkt. Was bedeutet dies für den Drehimpuls æ L = I · æ ω​ ? Wir formen daher die Bewegungsgleichung um: M æ = I · æ α​ = I · ∆​ æ ω​ _ ∆ t = ∆​ æ L _ ∆ t Das bedeutet: Im nicht abgeschlossenen System ist die zeitliche Drehimpulsänderung gleich dem von außen wirkenden Drehmoment. ∆​ æ L _ ∆ t = M æ Wenn ein Drehmoment parallel zur Drehachse wirkt, ändert es nur die Winkelge- schwindigkeit. L -L 22.1 Experiment – Drehimpuls 2 L L 22.2 Experiment – Drehimpuls 3 L L 2·L -L 22.3 Experiment – Drehimpuls 4 22 MECHANIK 2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv