Körperrotation

Körperrotation bezeichnet in der Physik und Biomechanik die Bewegung eines starren Körpers um eine Achse. Bei einer Rotation um eine feste Achse bewegen sich alle Punkte des Körpers auf Kreisbahnen, deren Mittelpunkt die Achse ist. Die Orientierung des Körpers ändert sich durch die Winkelgeschwindigkeit ω; deren Richtung wird durch die Rechtshandregel festgelegt. In vielen Anwendungen unterscheidet man zwischen Rotation um eine feststehende Achse und allgemeineren Rotationsbewegungen, bei denen sich die Achse mit dem Körper ändert.

Mathematisch lässt sich eine Rotation um eine feste Achse durch v = ω × r beschreiben, wobei r der Vektor vom Drehzentrum zu einem Punkt des Körpers ist. Die kinetische Energie der Rotation lautet T = 1/2 I ω^2, wobei I das Trägheitsmoment um die Rotationsachse ist. Der Winkelimpuls L ergibt sich zu L = I ω. Änderungen der Orientierung erfolgen durch äußere Drehmomente τ, die der Gleichung τ = dL/dt folgen. Bei komplexeren Bewegungen wird oft zwischen Rotationen um bewegliche Achsen und allgemeinen Rotationsbewegungen unterschieden; Eulerwinkel oder andere Orientierungsparameter beschreiben die Orientierung relativ zu einem Referenzrahmen.

Anwendungsgebiete finden sich in Technik, Robotik und Biomechanik. In der Technik sorgen Rotoren, Flywheels und Rotationsachsen für kontrollierte Drehbewegung; in der Robotik dienen Rotationen der Gelenke der Bewegungsfähigkeit von Robotern. In der Biomechanik wird die Rotation von Rumpf, Hüfte oder Gliedmaßen analysiert, um Bewegungsabläufe, Belastungen und Verletzungsrisiken zu verstehen.

Beispiele sind die Erdrotation um die eigene Achse, rotierende Maschinen wie Turbinen oder Räder sowie sportliche Fälle wie ein Eiskunstläufer, der durch Änderung des Trägheitsmoments seine Rotationsgeschwindigkeit beeinflusst.