Dieser Artikel beschreibt die physikalische Größe Impuls. Für weitere Bedeutungen siehe Impuls (Begriffsklärung).
Physikalische Größe
Formelzeichen der Größe
Größen- und
Einheitensystem
N·s
kg·m·s−1
M·L·T−1
Der Impuls (auch Bewegungsgröße oder Bewegungsmenge) ist eine grundlegende physikalische Größe, die den mechanischen Bewegungszustand eines physikalischen Objekts charakterisiert, das sich als Ganzes in fortschreitender Bewegung befindet.
Das Formelzeichen des Impuls ist meist . Die Einheit ist im Internationalen Einheitensystem kg·m·s−1 = N·s .
Der Impuls ist eine vektorielle Größe und hat damit eine Richtung und einen Betrag. Die Richtung ist immer parallel zur Geschwindigkeit des Objekts. Im Rahmen der klassischen Mechanik ist für Körper mit einer Masse und der Geschwindigkeit der Impuls durch gegeben. Nach der relativistischen Mechanik haben auch masselose Objekte wie elektromagnetische Felder oder Photonen einen Impuls.
Der Impuls eines Objekts charakterisiert ausschließlich dessen fortschreitende Bewegung (Translation). Ein sich drehendes Objekt hat zusätzlich einen Drehimpuls.
Der Impuls hängt wie die Geschwindigkeit von der Wahl des Bezugssystems ab. In Bezug auf ein fest gewähltes Inertialsystem ist der Impuls eine Erhaltungsgröße. D. h., ein Objekt, auf das von außen keine Kräfte wirken, behält unabhängig von etwaigen inneren Vorgängen seinen Impuls nach Betrag und Richtung bei. Wirken zwei Objekte aufeinander ein, z. B. bei einem Stoßvorgang, ändern sich ihre beiden Impulse in entgegengesetzter Weise so, dass ihre vektorielle Summe erhalten bleibt. Die Größe, um die sich für eins der Objekte der Impuls ändert, wird als Impulsübertrag bezeichnet. Im Rahmen der Klassischen Mechanik ist der Impulsübertrag unabhängig von der Wahl des Inertialsystems.
Im Englischen wird der Impuls momentum genannt, während impulse den Impulsübertrag (Kraftstoß) meint.
1 Definition, Zusammenhänge mit Masse und Energie
1.1 Klassische Mechanik
1.2 Spezielle Relativitätstheorie
1.3 Elektromagnetisches Feld
2 Impulserhaltung
3 Kraftstoß
4 Impuls im Lagrange- und Hamilton-Formalismus
5 Impuls in strömenden Medien
6 Impuls in der Quantenmechanik
Definition, Zusammenhänge mit Masse und Energie[Bearbeiten]
Klassische Mechanik[Bearbeiten]
In der newtonschen Mechanik sind der Impuls und die Geschwindigkeit über die Masse des Körpers verknüpft:
Da die Masse eine skalare Größe ist, sind Impuls und Geschwindigkeit Vektoren mit gleicher Richtung. Ihre Beträge lassen sich nicht miteinander vergleichen, denn sie haben verschiedene physikalische Dimension.
Für die Kinetische Energie gilt:
Um die Geschwindigkeit eines Körpers (nach Richtung und/oder Betrag) zu ändern, muss sein Impuls geändert werden. Der übertragene Impuls dividiert durch die dafür benötigte Zeit ist die Kraft :
Spezielle Relativitätstheorie[Bearbeiten]
Nach der Relativitätstheorie ist der Impuls eines mit der Geschwindigkeit bewegten Körpers mit Masse durch
gegeben. Darin ist die Lichtgeschwindigkeit und stets . Der Impuls hängt von der Geschwindigkeit nichtlinear ab, er steigt bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit über alle Grenzen.
Allgemeingültig ist die Energie-Impuls-Beziehung
Für Objekte mit Masse folgt:
Für folgt