Techniklexikon

Impuls

1. In der Mechanik definiert als das Produkt aus der Masse und der Geschwindigkeit eines Körpers. Bei einer Drehbewegung spricht man von Drehimpuls, (Impulssatz). 2. Allg. ist ein I. ein kurzzeitiger stoßartiger Vorgang, der zu einer Geschwindigkeits- und/oder Richtungsänderung führt. 3. In der Elektrotechnik und Elektronik versteht man unter I. ein Signal, das aus einem kurzzeitigen Strom- und Spannungsstoß besteht. In der Elektronik: Elektrisches Signal, dessen zeitlicher Verlauf nur innerhalb einer beschränkten Zeitspanne von Null abweicht. I. werden nach ihrer Form unterschieden in Rechteck-I., Dreieck-L, Nadel-I., Sinus-I., differenzierte und integrierte I. usw. Tatsächlich weichen I. von ihrer idealen Form ab. Im Bild b) sind die wichtigsten Kenngrößen eines Rechteck-I. dargestellt. Die Anstiegszeit (engl. rise time) ist die Zeit, die vergeht, bis die I. amplitude von 10 auf 90% angewachsen ist. Die Abfallzeit (engl. fall time) ist die Zeit, die vergeht, bis die Amplitude von 90 % wieder auf 10 % gefallen ist. Rechteck-I. haben in der Elektronik eine große Bedeutung; sie sind die Grundlage der Digitaltechnik. Wenn sich I. wiederholen, spricht man von einer I. -folge. 1) nicht-relativistische Mechanik: der als das Produkt von Masse m und Geschwindigkeit v = dr / dt eines Massepunktes definierte Vektor p = m v.

Dabei ist r der von einem beliebigen Bezugspunkt 0 ausgehende Ortsvektor zur Bahnkurve des Massepunktes. Der Betrag p des Impulses heisst auch Bewegungsgrösse. Der Impulsvektor hat die gleiche Richtung wie v und ist daher in jedem Punkt der Bahnkurve tangential zu dieser. Bei Systemen von Massepunkten ist der Gesamtimpuls gleich der Summe der einzelnen Impulsvektoren. Für einen starren Körper mit Dichte r und Gesamtvolumen V ergibt sich dann der Impuls bei beliebiger Translations- und Rotationsbewegung zu .

Darin ist  die Summe aus der momentanen Translationsgeschwindigkeit u eines körperfesten Bezugspunktes und der Rotationsgeschwindigkeit des jeweiligen Massenelements. Alle diese Elemente rotieren mit der gemeinsamen momentanen Winkelgeschwindigkeit w um eine durch den Bezugspunkt gehende momentane Drehachse. Für den Gesamtimpuls des Massepunktsystems gilt das Prinzip der Impulserhaltung. Der Impuls eines mechanischen Systems kann aus dessen Lagrange-Funktion L oder Hamilton-Funktion H bestimmt. Mit verallgemeinerten Koordinaten q_i ergeben sich die verallgemeinerten Impulse zu .

2) Elektrodynamik: Der Begriff des Impulses kann auch auf physikalische Felder ausgedehnt werden. Im Falle des elektromagnetischen Feldes wird die Tatsache, dass jede Lichtwelle einen Impuls mit sich führt, der sich im Lichtdruck bei der Impulsübertragung an einer Oberfläche äussert, durch die Impulsdichte des elektromagnetischen Feldes wiedergegeben.

3) Spezielle Relativitätstheorie: Der Impuls eines Teilchens mit Ruhemasse m₀ ist durch  gegeben. (c ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.) Definiert man statt m₀ eine geschwindigkeitsabhängige Masse , so gilt einfach p = m v, analog zur nicht-relativistischen Mechanik. Der Impuls bildet zusammen mit der Energie E = p_o c einen Vierer-Vektor, dessen vier Komponenten (p₀, p₁, p₂, p₃) = m (c, v_x, v_y, v_z) sind. Die zeitliche Konstanz diese Vierer-Vektors ist eine vom Bezugssystem unabhängige Aussage. Nach der Heisenbergschen Unschärferelation der Quantenmechanik kann der Impuls für Mikroteilchen wie Elektronen und Protonen nicht gleichzeitig mit dem Ort in beliebiger Genauigkeit gemessen werden.