Wenn sich ein starres Objekt linear bewegt, müssen alle Partikel innerhalb des Objekts die gleiche Geschwindigkeit haben oder das Objekt wird auseinander brechen. Wenn wir es jedoch mit einem rotierenden Objekt zu tun haben, wissen wir, dass die Tangentialgeschwindigkeit vom Abstand eines Partikels vom Zentrum abhängt, sodass verschiedene Partikel im Objekt unterschiedliche Tangentialgeschwindigkeiten haben können. Was unterscheidet die Rotation grundsätzlich von der reinen Translationsbewegung, um dies zu ermöglichen?
Damit ein Körper starr bleibt, müssen die Abstände zwischen den Teilchen konstant bleiben. Das heißt, bei zwei beliebigen Teilchen p1 und p2 muss der Abstand zwischen p1 und p2 konstant bleiben. Dies ist als "isometrische" Transformation bekannt. Damit der Abstand konstant bleibt, muss die Differenz ihrer Geschwindigkeiten senkrecht zur Verschiebung zwischen ihnen sein; Wenn die Relativgeschwindigkeit eine Komponente parallel zur Verschiebung hätte, würde sich die Größe der Verschiebung ändern. Wenn Sie zwei Teilchen mit relativer Geschwindigkeit senkrecht zur Verschiebung haben, dann haben Sie eine Rotation. Wenn die Relativgeschwindigkeit Null ist, dann haben Sie eine Translation. Was die Verschiebung also anders macht, ist, dass es keine Drehung gibt, und Ihre Frage läuft darauf hinaus, zu fragen: "Was ist anders an der Drehung, die eine Drehung ermöglicht?" Wenn es eine Rotation gibt, dann gibt es per Definition eine Relativgeschwindigkeit ungleich Null. Wenn es keine Relativgeschwindigkeit gibt, gibt es eine reine Translation. Rotation ist einfach der Zustand einer relativen Geschwindigkeit ungleich Null. Es "erlaubt" keine Geschwindigkeit ungleich Null, es istdefiniert durch eine Geschwindigkeit ungleich Null.
Sie machen sich Sorgen über die Rotation, die dazu führt, dass der Körper auseinander bricht, weil sich benachbarte Atome mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Die Rotation verursacht tatsächlich Spannungen im Material, und wenn es schnell genug rotiert, kann es auseinanderbrechen. Beispielsweise drehen sich Schwungräder zur Energiespeicherung sehr schnell und müssen aus starken Materialien bestehen, die den Belastungen standhalten. Aber bei vernünftigen Rotationsgeschwindigkeiten sind die interatomaren Kräfte stark genug, um das Objekt zusammenzuhalten.
Kamil Maciorowski