Wer sich schnell drehen will, muss sich zusammenziehen. Wer sich langsam drehen will, streckt seine Arme und Beine weit von sich. Die Natur kennt bei der Kreisbewegung eine Größe, die erhalten bleiben muss: der Drehimpuls. Wenn Sie Ihre Masse nahe der Drehachse konzentrieren, würde Ihr Drehimpuls sinken. Die Natur reagiert mit einer höheren Winkelgeschwindigkeit. Umgekehrt: sobald Sie Ihre Masse nach außen bringen, würde der Drehimpuls erhöht werden. Die Natur reagiert mit einer niedrigeren Winkelgeschwindigkeit.
Wikipedia: Drehimpuls, Drehimpulserhaltung, Kreisbewegung, Winkelgeschwindigkeit
Was sind die Besonderheiten der Drehbewegung?
Die Drehbewegung oder Kreisbewegung eines Körpers ist keine Bewegung, die den Körper auf einer geradlinigen Bahn durch den Raum verschiebt, sondern eine Bewegung des Körpers um eine Rotationsachse.
Die Winkelgeschwindigkeit gibt an, um welchen Winkel sich der Körper pro Sekunde dreht. Die Bahngeschwindigkeit gibt an, mit welcher Geschwindigkeit sich ein Teilchen um ein Zentrum dreht. Sie nimmt zu, je weiter außen es sich befindet.
Was ist der Drehimpuls?
Der Drehimpuls ist eine abstrakte (rechnerische) Größe. Er wird berechnet, und ist ein Vektor. Er hat eine Größe und eine Richtung: er schaut in Richtung Drehachse. Der Drehimpuls wird bestimmt durch die Masse (je weiter außen, desto wirksamer) und die Winkelgeschwindigkeit.
Was ist die Drehimpulserhaltung?
In einem abgeschlossenen System ist der Gesamtdrehimpuls konstant. Wenn die Masse weiter außen hinkommt, die Winkelgeschwindigkeit ab. Wenn sie weiter innen hinkommt, nimmt die Winkelgeschwindigkeit zu.
Wie ist das bei der Pirouette beim Eiskunstlauf anzuwenden?
Wer sich schnell drehen will, versucht, seine Masse plötzlich nach innen zu konzentrieren. Er zieht seine Arme an den Körper – die Eiskunstläuferin macht das. Bemerkenswert ist auch, dass die Richtung des Drehimpulses ebenfalls erhalten bleibt. Wenn sich etwas um eine Achse dreht, ist diese Achse stabil, sie kann nicht kippen. Wir kennen das vom Kreisel.
Wie “stoppt” ein Saltospringer die Drehung kurz vorm Eintauchen?
Beim Salto ist man ganz klein, wenn man sich dreht, die Masse ist nahe am Zentrum konzentriert, man dreht sich schnell. Bevor man ins Wasser eintaucht, “macht man auf” – man streckt sich, verlagert daher die Masse nach außen. Aufgrund der Drehimpulserhaltung muss dann die Winkelgeschwindigkeit abnehmen. Man hört scheinbar auf sich zu drehen. Allerdings nur scheinbar, ein wenig dreht man sich doch noch – doch da ist man schon in das Wasser eingetaucht.
Welche anderen Erhaltungssätze kennt die Physik?
Neben der Drehimpulserhaltung gibt es auch noch die “normale” Impulserhaltung. Sie tritt bei einem Körper auf, der sich geradlinig bewegt. Der Impuls ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit. Beispiel: Gewehrschuss. Wer eine kleine Kugel schnell von sich schießt, erzeugt damit einen Impuls. Der kann aber nicht einfach entstehen, weil der Gesamtimpuls des Systems (Kugel und ich) konstant wie vor Beginn der Aktion, also im Beispiel “0″ sein muss. Mein Körper empfängt einen Rückstoß. Er bewegt sich mit einer geringen Geschwindigkeit nach hinten. Warum geringe Geschwindigkeit? Weil er eine hohe Masse hat, das Produkt der beiden Größen ist genau der Impuls der Gewehrkugel mit kleiner Masse und hoher Geschwindigkeit.
Und dann gibt es natürlich noch den Erhaltungssatz der Energie: “Die Gesamtenergie muss konstant sein. Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Energieformen können nur ineinander umgewandelt werden. ”
Es gibt noch mehrere andere Erhaltungssätze, zum Beispiel auch für die elektrische Ladung.
Alle Erhaltungssätze der Physik beginnen mit den Worten “In einem abgeschlossenen System …” Das bedeutet, dass die Erhaltung der Größe nur gilt, wenn nicht durch irgendeinen Vorgang etwas von außen zugeführt oder nach außen abgeführt wird.