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| & \sum\limits_{i=1}^{n}{{}}{{m}_{i}}{{{\bar{x}}}^{(i)}}\times \bar{V}=\sum\limits_{i=1}^{n}{{}}{{m}_{i}}\left( {{{\bar{x}}}^{(i)}} \right)=0 \\ | | & \sum\limits_{i=1}^{n}{{}}{{m}_{i}}{{{\bar{x}}}^{(i)}}\times \bar{V}=\sum\limits_{i=1}^{n}{{}}{{m}_{i}}\left( {{{\bar{x}}}^{(i)}} \right)=0 \\ |
| & \bar{l}=\sum\limits_{i=1}^{n}{{}}{{m}_{i}}\left( {{{\bar{r}}}_{S}}\times \bar{V} \right)+\sum\limits_{i}{{{m}_{i}}}{{{\bar{x}}}^{(i)}}\times \left( \bar{\omega }\times {{{\bar{x}}}^{(i)}} \right)=M\left( {{{\bar{r}}}_{S}}\times \bar{V} \right)+\sum\limits_{i}{{{m}_{i}}}{{{\bar{x}}}^{(i)}}\times \left( \bar{\omega }\times {{{\bar{x}}}^{(i)}} \right) \\ | | & \bar{l}=\sum\limits_{i=1}^{n}{{}}{{m}_{i}}\left( {{{\bar{r}}}_{S}}\times \bar{V} \right)+\sum\limits_{i}{{{m}_{i}}}{{{\bar{x}}}^{(i)}}\times \left( \bar{\omega }\times {{{\bar{x}}}^{(i)}} \right)=M\left( {{{\bar{r}}}_{S}}\times \bar{V} \right)+\sum\limits_{i}{{{m}_{i}}}{{{\bar{x}}}^{(i)}}\times \left( \bar{\omega }\times {{{\bar{x}}}^{(i)}} \right) \\ |
| \end{align}</math> | | \end{align}</math> Mit <math>M\left( {{{\bar{r}}}_{S}}\times \bar{V} \right)</math> |
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| Mit | |
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| <math>M\left( {{{\bar{r}}}_{S}}\times \bar{V} \right)</math> | |
| als Schwerpunktsdrehimpuls | | als Schwerpunktsdrehimpuls |
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| <math>\bar{\omega }</math> | | <math>\bar{\omega }</math> |
| und damit auch | | und damit auch |
| <math>\bar{L}</math> | | <math>\bar{L}</math> mit <math>{{L}_{i}}={{J}_{i}}{{\omega }_{i}}</math> |
| mit | |
| <math>{{L}_{i}}={{J}_{i}}{{\omega }_{i}}</math> | |
| rotieren um die Figurenachse | | rotieren um die Figurenachse |
| <math>\bar{f}||{{x}_{3}}</math> | | <math>\bar{f}||{{x}_{3}}</math> |
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| <math>\bar{\omega }</math> | | <math>\bar{\omega }</math> und <math>\bar{f}</math> |
| und | |
| <math>\bar{f}</math> | |
| präzedieren um die raumfeste Achse | | präzedieren um die raumfeste Achse |
| <math>\bar{L}</math> | | <math>\bar{L}</math> |
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| <math>\bar{\omega }</math> | | <math>\bar{\omega }</math> |
| , | | , |
| <math>\bar{f}</math> | | <math>\bar{f}</math> und <math>\bar{L}</math> |
| und | |
| <math>\bar{L}</math> | |
| stets in einer Ebene liegen. | | stets in einer Ebene liegen. |
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Mechanikvorlesung von Prof. Dr. E. Schöll, PhD
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Der Artikel Drehimpuls und Bewegungsgleichungen basiert auf der Vorlesungsmitschrift von Franz- Josef Schmitt des 6.Kapitels (Abschnitt 3) der Mechanikvorlesung von Prof. Dr. E. Schöll, PhD.
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Drehimpuls
- diskret:
Mit
als Schwerpunktsdrehimpuls
als Relativdrehimpuls
- kontinuierliche Situation
Also:
Dies sieht man an der Komponentenschreibweise:
Nebenbemerkung:
Im Allgemeinen ist
nicht parallel zu
, nur falls
in Richtung der Hauptträgheitsachse liegt !
Allgemeine Bewegungsgleichung für den Gesamtdrehimpuls
. Dabei sind
äußere, eingeprägte Kräfte. Die resultierende Kraft
soll auf den Schwerpunkt wirken, so dass gilt:
Somit:
Bekanntlich gilt für die Schwerpunktsbewegung:
(Newton)
Gleichzeitig gilt:
Somit:
Der Relativdrehimpuls ist im Schwerpunktsystem mit raumfesten Achsen konstant.
Also: Es verschwindet die Zeitableitung des relativdrehimpulses im Schwerpunktsystem mit RAUMFESTEN Achsen .
Die Transformation muss nun noch ins körperfeste, rotatorisch mitbewegte System
erfolgen:
Dabei sieht der Beobachter im RAUMFESTEN System neben der zeitlichen Änderung
, die im mitbewegten System ebenfalls stattfindet noch die Rotation des mitbewegten Systems überlagert.
Also:
Somit gilt für das körperfeste System
Mit
folgt im körperfesten System,wo gilt:
=0
Dies ist eine nichtlineare DGL in
Im Schwerpunktsystem ergeben sich die EULERSCHEN Gleichungen für den kräftefreien Kreisel, falls
diagonal ( Hauptträgheitsachsensystem):
Beispiel: Symmetrischer Kreisel:
, also
im mitrotierenden System
Diese Gleichung kann zweimal integriert werden. Mit den Integrationskonstanten
und der Zusammenfassung
folgt:
Dies kann in
eingesetzt werden und es ergibt sich:
Die Definitionen sind an folgender Figur ersichtlich:
Dabei ist x3 die Figurenachse ( Achse durch die Drehachse von J3)
Es gilt:
Das heißt
und damit auch
mit
rotieren um die Figurenachse
Veranschaulicht man diese Situation im Schwerpunktsystem mit raumfesten Achsen, so gilt mit
und
präzedieren um die raumfeste Achse
. Dabei müssen
,
und
stets in einer Ebene liegen.
Anwendung:
Erde als abgeplattetes Rotationsellipsoid:
Damit kann die Präzessionsperiode leicht berechnet werden:
Die Erde präzediert also einmal in 300 Tagen um ihre eigene Achse!
rac{2}{5}M{{R}^{2}}+M{{R}^{2}}=\frac{7}{5}M{{R}^{2}}</math>