Bei einigen Statikproblemen kann die Frage so etwas wie "ein Drehmoment wird um Punkt B ausgeübt" lauten. Ich bin immer davon ausgegangen, dass dies eine Vereinfachung war und das Drehmoment mit einer Kraft und einem Momentarm erzeugt wurde. Kürzlich habe ich gelernt, dass zirkular polarisiertes Licht ein Drehmoment auf eine Viertelwellenplatte ausüben kann, da die Platte den Drehimpuls des Strahls in einen linearen Impuls umwandelt. In diesem Fall kann ich nicht feststellen, wo der Momentarm ist. Kann es sein, dass es keinen gibt?
Drehmoment ist definiert als , wo wenn das, was Sie den "Hebelarm" nennen. Dieser Verschiebungsvektor (der Hebelarm) zeigt von der Drehachse zum Kraftangriff. Ohne eine gewählte Drehachse und den daraus resultierenden Hebelarm macht das Drehmoment als Konzept also überhaupt keinen Sinn. Tatsächlich ist das Drehmoment keineswegs absolut: Die gleiche Kraft kann je nach gewählter Rotationsachse unterschiedliche Drehmomente erzeugen.
Wenn aufgrund der Änderung des Drehimpulses eines Lichts ein Drehmoment auf ein optisches Gerät ausgeübt wird, wie könnte ein Experimentator dann ein solches Drehmoment messen? Er oder sie könnte die optische Vorrichtung an einer Vorrichtung befestigen, die sich frei gegen einen Kraftmesser drehen kann, der kalibriert wurde, um Fuß-Pfund (oder eine andere Drehmomenteinheit) innerhalb dieser Vorrichtung zu messen. Der Hebelarm für dieses aufgebrachte Drehmoment wäre dann der Abstand von der Stelle, an der das Licht auf die Vorrichtung trifft, bis zur Rotationsachse. Offensichtlich würde es einige experimentelle Fehler geben und die Messung wäre wahrscheinlich subtiler als diese, aber das Ergebnis ist, dass es nur sinnvoll ist zu sagen, dass es in Bezug auf eine Rotationsachse gemessen wird, wenn das Drehmoment gemessen wird.
Eine allgemeinere Definition des Drehmoments ist die Änderungsrate des Drehimpulses, die nicht explizit einen - zeitunabhängigen - Hebelarm beinhaltet. Wenn zirkular polarisiertes Licht mit einem Gerät interagiert, kann der intrinsische Drehimpuls des Lichts auf das Gerät übertragen werden, wodurch ein Drehmoment entsteht. Dies wurde 1936 mit einer Torsionswaage berühmt demonstriert .
Auch dieses Experiment stellt uns vor ein Paradoxon. Ebenes zirkular polarisiertes Licht stellt die klassische Grenze von Photonen mit vollständig ausgerichtetem Spin dar - alle parallel oder antiparallel zur Ausbreitungsrichtung. Allerdings unter Verwendung des Poynting-Vektors und der Standardausdruck des gesamten elektromagnetischen Drehimpulses findet man entlang der Ausbreitungsrichtung Drehimpuls Null. Dieses Paradoxon wird in meiner Arbeit aufgelöst .
psmears
AnoE