Drehimpuls und Drehimpulserhaltungssatz

Mit drei ganz einfachen Experimenten kannst du die Erhaltung des Drehimpulses überprüfen. Du brauchst dazu einen Drehsessel.

1) Nimm zwei Gewichte in die Hand (das verstärkt den Effekt) und lass dich mit ausgestreckten Armen in Drehung versetzen. Dann zieh die Arme an. Durch das Absinken der Drehmasse erhöht sich die Drehgeschwindigkeit -wie bei der Eisläuferin. Wenn du die Arme wieder ausstreckst, dann hast du wieder die Ausgangsgeschwindigkeit.

Drehsesselexperiment 1

2) Wenn du ruhig auf dem Drehsessel sitzt und in der Hand ein ruhendes Rad hältst, dann ist der Gesamtdrehimpuls null und muss das auch bleiben (folgende Abb. a). Wenn du nun selbst das Rad in Rotation versetzt, dann beginnst du dich in die Gegenrichtung zu drehen. Beide Drehimpulse müssen sich ja aufheben. Weil deine Drehmasse viel größer ist als die des Rades, drehst du dich natürlich langsamer in die Gegenrichtung.

Drehsesselexperiment 2

3) Lass das Rad von einem Helfer in Schwung bringen, ohne dass du dich dabei zu drehen beginnst (folgende Abb. a). Wenn du das Rad nun um 90° kippst, beginnt sich der Sessel zu drehen (b). Wenn du das Rad um 180° kippst, dann dreht sich der Sessel sogar doppelt so schnell ©. In allen drei Fällen ist die Summe der vertikalen Drehimpulse immer gleich groß.

Drehsesselexperiment 3

In Schwerelosigkeit ruft jede Drehung eines Körperteils eine Gegendrehung des restlichen Körpers hervor. Dadurch bleibt der Gesamtdrehimpuls null. Ein solcher „drehmomentfreier Salto“ ist für Astronauten wichtig und daher ein fixer Bestandteil der Ausbildung. 2-mal durchgeführt lässt er einen Astronauten Kopfstehen (F15).

Was für den Salto gilt, gilt auch für die Schraube. Die Bildsequenz in folgender Abb.zeigt einen Astronauten mit Gesamtdrehimpuls null. Er streckt zunächst seine Beine weg (b) und dreht dann den Oberkörper nach rechts (c). Die Beine antworten wegen ihrer größeren Drehmasse mit einer wesentlich kleineren Gegendrehung. Danach erhöht der Astronaut die Drehmasse der Arme und dreht den Oberkörper wieder zurück (e+f). Diesmal fällt die Gegendrehung der Beine wesentlich geringer aus. In Summe hat er seinen Körper nach rechts gedreht, ohne den Drehimpulssatz zu verletzen.