Lassen sich Felder abschirmen? Elektrische Felder und
magnetische Felder.
1.2 Erhaltungssätze
a)Energieerhaltung
b)Impulserhaltung
bei geradlinige Bewegung oder Rotationsbewegung
(fett
hervorgehoben sind Vektoren) Impulsp,Massem,Geschwindigkeitv p =mv
Drehimpuls L, Radiusr, Impulsp
L = r x p
Drehmoment M, Radiusr,KraftF
M = r x F
Abb. 00-01:
aus ring-stroemung.htm Abb.
00d: miteinander gekoppelt: Ringströmung
(gelb) in einer Scheibe und lineare Strömung
(schwarz)
In der klassischen Physik ist der
schwarze Pfeil der Vektor des Drehimpulses. Er
ist eine mathematische Hilfsgröße.
In der feinstofflichen Welt beschreibt
er eine tatsächlich existierende Strömung.
Die Länge der zur linearen Strömung
gehörenden spürbaren Struktur ist ein Maß für
die Stärke der Ringströmung in der Scheibe.
Sie entspricht in der klassischen Physik der
Größe des Drehimpulses.
Die
Messung dieser Länge ermöglicht die
berührungslose Beobachtung der Ringströmung in
der Scheibe.
In der
klassische Physik ist diese Kopplung bekannt
unter Rechte-Faust-Regel, Rechter-Daumen-RegeloderKorkenzieher-Regel und
gilt z.B.für
denDrehimpuls https://de.wikipedia.org/wiki/Korkenzieherregel
(FB)
1. Drehimpuls als
Energiespeicher, Beschleunigen und Abbremsen durch
tangentiale Kräfte
Abb. 01-01:
aus gekoppelte-stroemungen.htm Abb. 00-00-01: Einen
Brummkreisel kann man mit einerSchraube
wendelförmig Rillenaufziehen. Er dreht
sich dann von alleine, bis die Energie
aufgebraucht ist. Über die unteren Löcher saugt
er Luft an und bläst sie aus den Löchern am
Umfang wieder heraus. Dabei erzeugt diese
Luftströmung einen aktustischen Ton. (FB)
um so schneller dreht
sich der Kreisel. Sofern man die Reibung
vernachlässigen kann. Physikalisch gesehen
nimmt dabei derDrehimpulszu.
Man beschreibt ihn mit einemVektor (blau).
Bei dieser
Drehrichtung zeigt er nach oben
(Korkenzieher-Regel). DieLänge des
Vektorsentspricht
dessen Betrag. (FB)
Abb. 01-02-02: DieserKreiselläßt sich mit
Druckluft in Bewegung versetzen. SeinDrehimpuls (oder die
Geschwindigkeit) hängt davon ab,
wie langeund
wie stark
der Kreisel
angetrieben wird. Somit läßt sich z.B.
einhalbes
Drehmomentmitdoppelter Zeitfür
den Antrieb kompensieren.
Der Kreisel wirkt wie
einSchwungradund
ist somit einEnergiespeicher. Ohne Reibung bzw.
Luftwiderstand würde er nach der Anregung ewig
mit gleicher Geschwindigkeit laufen. Jedoch bei Reibung,
die mit der Geschwindigkeit zunimmt, stellt sich
bei gleichbleibendem Drehmoment eine maximale
Geschwindigkeit ein.
Der Kreisel
läßt sich aufladen und auch wieder entladen.
z.B. mit einem
Motor/Generator
ausbbewegte-materie.htm Abb. 06-01b-22:
Tangentiale Anströmung erzeugt Rotation: Mechanischer
Kreisel zur Steuerung eines Torpedos. Über den roten
Schlauch und das gebogene Kupferrohr (links
unten) kann man Preßluft tangential auf den
Kreiselkörper geben. Er gerät dadurch in
schnelle Rotation. (FB
Abb. 01-05:
Abb. 01-06:
Abb. 01-07:
Abb. 01-08:
Abb. 01-09:
2. weitere Kräfte bei Kreiseln,
Drehmomente
Abb. 02-01:
aus phantom.htm Präzession
eines Kreisels Aus der
Experimentalphysik-Vorlesung. Die Achse dieses
Kreisels ruht auf einer Spitze. Dadurch kann
sich der Kreisel auch um eine geneigte Achse
drehen. Das Schachbrettmuster oben erlaubt es,
die Orientierung der Rotationsachse mit einer
Kamera zu beobachten. Dort wo am wenigsten
Bewegung ist, werden die Karos besser zu
beobachten sein. Versetzt man dem
Kreisel während der Rotation einen kleinen
seitlichen Stoß, dann präzidiert er, d.h. die
Kreiselachse wandert auf einem Kegel um ihre
ursprüngliche Lage herum. (FB)
Abb. 02-02:
aus phantom.htm Abb. 00-08: Kreisel mit Schnur zum
Anwerfen. Der Rahmen ruht auf einer vertikalen
Nadel. Wenn der Kreisel nicht
rotiert, kann er von der Halterung
herunterfallen. Rotiert er, bleibt er auf der
Halterung, dabei rotiert das Gehäuse (präzidiert) um die vertikale
Achse. (FB)
Abb. 05-10-04:Es stellt sich
stabile Rotation ein, wenn der Körper um die
Achse des größten Trägheitsmomentes rotiert. rechts: Am Holzklotz gibt es
mehrere Aufhängeschlaufen. Versetzt man den
Klotz in Rotation - dabei hängt er lose an einem
biegsamen dünnen Draht - gibt es nur dann eine
stabile Rotation, wenn er an dem Haken der
größten Fläche hängt. Bei den Haken der beiden
kleineren Flächen, dreht sich der Klotz aus
dieser Lage heraus, wenn die Rotation schnell
genug ist. Anschließend rotiert er um die Mitte
der großen Fläche. Das ist die Achse mit dem
größten Trägheitsmoment.
links: Der Metallring hängt
lose an einer Drahtschlaufe. Auch er stellt sich
bei Rotation so, daß die Ringfläche horizontal
bleibt. (FB)
Abb. 02-06:
aus wasser-ader-drei.htm#kapitel-05-10 Abb. 05-10-05: Ein
Kupferring hängt nach unten, lose in einer
Schlaufe an einem Eisendraht, der in einen
Akkuschrauber eingespannt ist. (FB)
Abb. 02-07:
aus wasser-ader-drei.htm#kapitel-05-10 Abb. 05-10-07:
Versetzt man den Draht in Rotation, richtet sich
der Ring auf und rotiert in einer horizontalen
Ebene -- um die vertikale Achse des
Akkuschraubers. In dieser Stellung rotiert er um
die Achse des größten Trägheitsmomentes. (FB)
3.
Rotation von Strömungen in Flüssigkeiten und Gasen
Abb. 03-01: tangential einströmendes
Wasser
aus bbewegte-materie.htm#kapitel-03-02 Abb. 03-02-04a: Diese
Schüssel aus Kunststoff hat unten in der Mitte
eine kleine Öffnung. Über den grünen
Plastikschlauch fließt Wasser in die Schüssel,
durch die Bohrung unten kann es wieder hinaus. Da das einlaufende
Wasser tangential hineinströmt, entsteht ein
Wirbel mit einer trichterförmigen Öffnung. (FB)
aus steinkreise-02.htm#kapitel02 Abb. 02-14: Das Wasser
fließt bei diesem Brunnen in der Nähe vom
Elisenbrunnen in Aachen am Außenrand
tangential zu. In der Mitte fließt es ab. Es
entsteht ein Wirbel. (FB)
Abb. 03-04:
aus gekoppelte-stroemungen.htm#kapitel-01-01 Abb. 01-01-06: Wirbel
in Luft bei einem rotierenden brennenden
Gegenstand.
ausphysik-neu-004.htm
Abb. 04-02-06: Feuertornado.
Auf einem Drehteller verbrennt Grillpaste. Es
entsteht durch die Kaminwirkung in dem Lochblech
ein langer Feuerschlauch, der schraubenförmig
ausbildet ist. (FB)
aus gekoppelte-stroemungen.htm#kapitel-03-01-01 Abb. 03-01-01-01:
Drehimpuls, Reichweite, Strömungslinien Abb. 04-01-05:
grobstoffliche und feinstoffliche Strukturen bei
einem Ventilator.
ausstroemung-zwei.htm#kapitel-01-02 Abb. 01-02-01e: Grobstofflich:Die dünnen
Linien geben schematisch die Richtung der
Strömung in den jeweiligen Bereichen an. Beim
Luftstrom gibt es natürlich auch dazwischen
eine Strömung. Feinstofflich: Wie bei einer Zwiebel gibt es
schalenförmig angeordnete Schichten. Entlang
der Schalen gibt es Strömungen, die mit
Zwischenräumen aufeinander folgen.
Möglicherweise haben sie abwechselnd
unterschiedliche Eigenschaften. Durchquert man
von der Seite aus den Ventilatorstrahl, dann
findet man abwechselnd intensive und schwache
Zonen. Dabei ist es möglich, auch eine Zone
(rot) - wie auf den schwarzen Linien -
bis zur Seite und wieder zurück zur
Äquatorebene des Ventilators zu verfolgen. Im
Ansaugbereich gibt es ähnliche schalenförmige
Strukturen (blau). Im Bereich der Äquatorebene
(zwischen rot und blau) gibt es feinstoffliche
Strukturen vom Lüfterrad mit den rotierenden
Permanentmagneten. Sie trennen die rote von
der blauen Hälfte.
ausaktive-elemente.htm#kapitel-05-02 Abb.
05-02-01: Strömung bei einem
kurzgeschlossenen Ventilator, angesaugt wird
unten, ausgeblasen nach oben. Der Strom
nach oben ist zunächst parallel, bevor er sich
zur Seite zerteilt. Unten wird hauptsächlich
von der Seite eingeströmt. Farbbild
aus https://de.wikipedia.org/wiki/Ventilator#/media/Datei:Ducted_fan_principle.png, Linien ergänzt
4.
Wirbelringe
Abb. 04-01: im Wasser
aus bbewegte-materie.htm#kapitel-03-01 Abb. 03-01-12: In
einem Rohr fließt Wasser sehr langsam von links
nach rechts. EinTintenstrahl wird
aus einer Düse mit etwas höherer Geschwindigkeit
eingespritzt. Es bildet sich ein Wirbelring.
(FB)
Abb. 04-02: Rauchring in der Luft
aus bbewegte-materie.htm#kapitel-03-01 Abb. 03-01-15: Über
die hintere Öffnung der Trommel ist eine
elastische Membrane gepannt, in den Boden ein
kreisrundes Loch geschnitten. Spannt man die
Membrane und läßt sich wieder frei, entsteht ein
gut gerichtete Luftstrom durch das Loch
hindurch. Die dabei entstehenden Wirbel der
austretenden Luft lassen sich gut mit Rauch
sichtbar machen: Hier als Rauchring. Demonstration während
der Weihnachtsvorlesung 2013 (MK)
Abb. 04-03: in der Luft
aus stroemung.htm#kapitel-04 Abb. 04-10: Links
kommt aus einem Rauchröhrchen ein Luftstrom, der
in regelmäßigen Zeitabständen gepulst wird. Bei
jedem Puls entstehen Wirbel. (FB)