6 Starre Körper

 

  6 Starre Körper

  • Rotation und Translation: Im Allgemeinen setzt sich die Bewegung eines starren Körpers aus Translation und Rotation zusammen. Bei der Rotation des starren Körpers drehen alle Massenpunkte mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit um die (gemeinsame) Rotationsachse.
  • Anders als bei einem Massenpunkt sind beim starren Körper die Angriffspunkte von Kräften mit zu betrachten. - Das Drehmoment ist definiert als Kraft x Kraftarm:

Für die Richtung des Drehmoments gilt:



Rechte-Hand-Regel / Rechtsschrauben-Regel (siehe Skizze)

 

 

Die Richtung des Winkelgeschwindigkeit ergibt sich nach der "Rechtsschrauben-Regel" aus dem Drehsinn (siehe Skizze).

  • Massenträgheitsmomente

    Das Massenträgheitsmoment I hängt von der Masse und der Körperform ab (Verteilung der Masse bezüglich der Drehachse).

  • Steinerscher Satz

    Das Trägheitsmoment eines Körpers bei der Rotation um eine beliebige Achse B steht mit dem Trägheitsmoment bezüglich der parallelen Achse A durch den Schwerpunkt in folgender Beziehung:

  • Für die Rotationsenergie eines Körpers gilt:
                                 
 
  • Der Drehimpuls ist definiert als:
                                 
 
  • Drehmoment und Drehimpulsänderung: Ein Drehmoment führt zu einer Winkelbeschleunigung bzw. Drehimpulsänderung:
                                 
                                 
 
  • Formale Analogien

    Zwischen der Beschreibung linearer Bewegungen (Translationsbewegung) und Rotationsbewegungen gibt es die folgenden Analogien:

Translation

Rotation


Geschwindigkeit



Winkelgeschwindigkeit



Masse



Trägheits-
moment



Translations-
energie


Rotations-
energie


Kraft


Dreh-
moment


Impuls


Drehimpuls

 
  • Um seine Hauptträgheitsachsen / freie Achsen dreht sich ein Körper ohne Unwucht. (D. h. auf ein Achslager wirken dann keine Kräfte.) Wenn keine feste Achse vorgegeben ist, gilt: Stabil drehen Körper nur um die Hauptträgheitsachsen mit dem größten und dem kleinsten Trägheitsmoment.
  • Präzession

    Wirkt auf einen Kreisel mit dem Drehimpuls  ein Drehmoment , dessen Richtung sich von der Richtung des Drehimpulses unterscheidet, so führt dies zu einer Präzessionsbewegung. Dabei gilt für die Präzessionsfrequenz

                                 
    einfacher für          

  • Eine Nutationsbewegung ("Taumelbewegung“) ergibt sich durch einen kurzen Schlag / Drehmomentenstoß auf einen Kreisel.

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