Mechanik starrer Körper

In der klassischen Mechanik ist der starre Körper ein Modell, das von einem nicht verformbaren Körper ausgeht. Nicht verformbar bedeutet, dass zwei Punkte des Körpers auch unter Krafteinwirkung von Außen stets den selben Abstand zueinander besitzen.

Die Verformung von Körpern wird in der Mechanik fester Körper, etwa in der Elastizitätstheorie oder der Festigkeitslehre, behandelt.

Kinematik im R3

Als Bewegungen treten in der Mechanik starrer Körper ausschließlich Translationsbewegungen des gesamten Körpers und Rotationsbewegungen des Körpers um eine Achse auf. Um diese in ihrer Vollständigkeit beschreiben zu können, werden Vektoren im dreidimensionalen Raum verwendet.

Drehbewegungen, Bahndrehimpuls, Eigendrehimpuls

Mit der Drehbewegung starrer Körper beschäftigt sich die Kreiseltheorie. Der Drehimpuls ist eine physikalische Erhaltungsgröße und setzt sich zusammen aus dem Bahndrehimpuls und dem Eigendrehimpuls eines Körpers.

Schwerpunkt

Der Schwerpunkt eines Körpers oder eines Systems aus Massenpunkten ist der Punkt, an dem die Gewichtskraft angreift, er entspricht bei einer homogenen Massenverteilung dem geometrischen Mittelpunkt des Körpers. Nach dem Schwerpunktsatz bewegt sich ein Körper aus beliebig vielen Massenpunkten auf solche Weise, als ob sich die Massen jedes Teilsystems im Schwerpunkt vereinen würden.

Trägheitsmoment

Das Trägheitsmoment gibt den Widerstand eines starren Körpers gegenüber der Änderung seiner Rotationsgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) an. Damit spielt es die gleiche Rolle wie die Masse im Verhältnis von Kraft und Beschleunigung.

D´Alembertsches Prinzip

Durch das d’Alembertsche Prinzip lassen sich Bewegungsgleichungen eines mechanischen Systems mit Zwangsbedingungen aufstellen. Zwangsbedingungen sind Einschränkungen der Bewegungsfreiheit eines starren Körpers, wodurch die Anzahl der Freiheitsgrade des Körpers reduziert wird.

Kinematik von Mehrkörpersystemen

Ein Mehrkörpersystem ist ein mechanisches System aus mehreren Einzelkörpern, die durch Gelenke oder Kraftelemente aneinander gekoppelt sind. Die Bewegung der einzelnen Komponenten eines Mehrkörpersystems wird durch die Kinematik beschrieben.

Anwendungen in der Mechanik

Das Modell des starren Körpers findet insbesondere in der Betrachtung von Mehrkörpersystemen zahlreiche technische Anwendungen - beispielsweise in der Robotik, in der Fahrzeugsimulation oder der Biomechanik.

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