PHYSIK MECHANIK - Abteilung für Didaktik der Physik

1. Kann es sein, daß ein Strom ständig fließt, - ohne Antrieb, ohne Energiequelle? Offenbar ja.
Schließlich gibt es auch elektrische "reibungsfreie" Ströme, die Supraströme.
2. Die Anordnung von Abb. 3.13 ist völlig symmetrisch. Wie kommt aber der Strom dazu, eine
Richtung auszuzeichnen? Die Antwort lautet: Die Richtung hat nicht der Strom ausgezeichnet,
sondern wir, indem wir festgelegt haben, daß nach rechts bewegte Körper positiven Impuls haben.
Es liegt also einfach daran, daß unser Koordinatensystem unsymmetrisch ist.
3.5 Die Kontinuitätsgleichung
Da der Impuls eine Erhaltungsgröße ist, kann
sich sein Wert innerhalb eines Raumbereichs
nur dadurch ändern, daß ein Impulsstrom in den
Bereich hinein- oder aus ihm herausfließt. Das
Hinein- und Herausfließen kann aber auf zweierlei
Art geschehen: Entweder, wie in Abb.
3.14 a, durch Zug oder Druck, oder, wie in Abb.
3.14 b, dadurch, daß sich Impuls "konvektiv" in
den Bereich hinein oder aus ihm herausbewegt.
Die gesamte Impulsstromstärke Ip setzt sich also
aus zwei Summanden zusammen. Nur den Abb. 3.14. Zwei Typen von Impulsströmen
ersten, den Druck- bzw. Zugterm, nennt man
Kraft. Den zweiten, konvektiven Strom wollen wir mit Fkonv bezeichnen. Es ist also
I p = F + F konv
(3.1)
Der konvektive Impulsstrom F konv , etwa in einem Wasserstrahl, läßt sich durch die Massenstromstärke
I m und die Strahlgeschwindigkeit v S ausdrücken. Für die Impulsänderung dp in
dem gestrichelt markierten Raumbereich in Abb. 3.14 b gilt nämlich
dp = v S dm.
Also ist
dp konv
dt
= F = v
dm
konv S dt = v S Im Die Gesamtstromstärke ist damit:
I p = F + v S I m , (3.2)
und für die Impulsänderung im Raumbereich können wir schreiben
dp
dt = I p (3.3)
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Gleichung (3.3) ist die Kontinuitätsgleichung für den Impuls. Man beachte, daß diese Beziehung
keine Definition der Größe I p darstellt. Sie bringt vielmehr eine Erfahrung zum Ausdruck: die
Erfahrung, daß der Impuls eine Erhaltungsgröße ist. Die Größen auf der linken und der rechten
Seite sind nämlich unabhängig voneinander meßbar.