Pöördimpulsist

Pöördimpulss tekib pöörlevates objektides säilitades nende asendit pöörlemistelje ümber. Näiteks püsti seisev vurr ei vaju selle mõjul ümber kuid see toimib ka siis, kui pöörlemistelg on horisontaalne ning objekti hoiab üleval telje üks ots nagu ülalolev ratas nööri otsas. Selliseid objekte saab lihtsamalt liigutada paljudes suundades kuid stabiliseeriv toime mõjub jõudude vastu, mis üritavad muuta pöörlemistelje enda nurka. Stabiilsus suureneb kiirema pöörlemisega.

Pöörlemisse lisatud inerts on tavaliselt piisav, et kogu objekt kaugele visata. Lihtsustatult peab tasakaalustavas pöörlemises olema piisavalt energiat, et gravitatsiooni mõju neutraliseerida. Pöörete arv ületab tihti 50 pööret sekundis. Pöörleva osa kiirus ja mass on inertsi jaoks võrdselt olulised.  


Pöörlemise stabiliseeriv toime seisneb osaliselt selles, et see ei jäta välistele jõududele eriti aega objekti asendi muutmiseks. Näiteks tasakaalus objekt ei kuku ümber, sest gravitatsioon avaldab umbes võrdset mõju selle kõigile osadele ning pole võimalust objekti ühest kohast tasakaalust välja tõmmata. Pöörlemisel võib objekt olla kaldus ning gravitatsioon saab seda veidi rohkem selles suunas tõmmata kuid pool ringi hiljem on pöörleva osa kõik piirkonnad vastasküljel ning gravitatsiooni mõju võib obkjekti tõmmata hoopis selles suunas, millest gravitatsioon üritas seda pool ringi tagasi eemale tõmmata.

Välised jõud nagu gravitatsioon ja magnetväli tekitavad pöörlemistelje kõikumist ümber selle jõu mõjusuunda kirjeldava sirge. Vurris väljendub see pöörelmistelje kõikumisena ümber gravitatsiooni mõjusirge ning aatomites elektroni või tuuma pöördimpulsi kõikumist ümber magnetvälja. Mõlemasse mõõtkavasse jäävad pöörlemised hakkavad tugevamalt ja kiiremini kõikuma pöördimpulsiga võrreldes suhteliselt tugevneva välise jõu korral.  
Kui sain õigesti aru, siis kõikumise mõju võib väljenduda spektrijoonte lahknemisega. Mida tugevam on väline magnetväli seda rohkem eemalduvad algsest spektrijoonest tekkinud spektrijooned üksteisest.

Pöördimpulsi ühikuks on dzauli sekundis või njuutonmeeter sekundis.
Aatomi sisestel osakestel (prootonid, neutronid, kvargid ja elektronid) on spinnid, mis ei erine sujuvas vahemikus vaid mille suurus on alati võrdne täisarvulise korrutisega redutseeritud planck'i konstandist (6.58211928(15)×10⁻¹⁶ eV·s), mis on võrreldav ~1/6 ühe hertsilise elektromagnetkiirguse energiaga.

Orbiidi ja pöörlemise pöördimpulsside valemid. Mõlemal juhul peab teadma objekti inertsi ja kiirust ning mõlema pöördimpulsi väärtuseid saab omavahel liita. Vähemalt astronoomias on taevakeha pöördimpulss jaotunud nende kahe vahel. Kui planeedi orbiit paistab arvatust aeglasem, siis võib objekti ümber olla näiteks kuu, mis omab osa pöördimpulsist.

Klipp pöördimpulsist.
Näide raskema objekti stabiilsusest.
Näide arvuti kõvaketta pöörlemisega stabiliseeritud laserist.


Põlve kõrguses täpsustamata massi ja kuni 50 pöördega sekundis pöörlev ketas võib normaalkaaluga maadelja jaoks ümber lükkamiseks liiga stabiilne olla. Ma leidsin ainult ühe näite sellest aga see on torrent'i failina saadaval. Võib-olla on siinkohas õigustatud ettekäändeks hariduslik illustratsioon. 
Pöördimpulsi osa jääb 18.-23. minuti vahele. Pöörlev osa oli metallkesta sees ning osalejad võisid oma raskusega sellele toetuda. Seda oli suhteliselt lihtne maapinnal libistada ja üles tõsta kuid kalde muutmine oli maa peal ja õhus väga raske. Pöörlemise inertsi võrreldi väikese autoga, mis liikus ~20 km/h. Sellest piisas, et ratta külili panek oli osalejatele esimese 15 sekundiga saavutamatu kuid 45 sekundiga oli see aeglustumise tõttu tehtav. ~20 sekundiga saadi see ratas ~45 kraadise nurga alla, kuid see võis nurka säilitades ringi veereda. Isegi kui see oli peaaegu horisontaalne (~10-20 kraadi puudus) tõstis üks selle üles ja ka põrgates maha kukkudes säilitas see oma kallet.   

Pöördimpulsi leidmiseks vajalikku pöördkiirust võib leida välispinna kiiruse ja raadiuse jagamisega.

Nagu ka pöördimpulsi kalkulaator näitas saab pöördimpulsi tavalise korrutamisega ning ei pea teadma vektorite skalaarkorrutisi ega ristkorrutisi.

Jõumoment (torque) näitab pöörlemist mõjutava jõu suurust. Selle väärtuse saab pöörleja raadiuse, välise jõu ja välise jõu nurga siinuse korrutamisel. Siinuse väärtus on maksimaalne 1 kui jõud mõjub pöörlemisteljega võrreldes 90 kraadise nurga all ning jõumoment on 0, kui väline jõud mõjub pöörlemisteljega paralleelselt (sin0=0). 

Selleks väliseks jõuks võib olla gravitatsioon ja sellega kaasneb pöörleva objekti kõikumine. Sarnaselt vurriga võib kogu pöörlemistelg kõikuda ning kõikumine on väiksem suurema pöördimpulsiga. 


Kvantfüüsikas

Kvantfüüsikas kirjeldatakse elektroni pöördimpulssi tavaliselt kahe kvantarvuga.
Teine kvantarv (väike l väärtusega elektroni energiatase n-1) esindab pöördimpulsi kvantarvu ning sellise elektroni pöördimpulsi L leiab ülemise valemiga. Madalaima energiaga elektronil (n=1) oleks l väärtus 0 ning pöördimpulsi väärtus on 0.

Kolmas kvantarv m kirjeldab pöördimpulsi orientatsiooni ning traditsiooniliselt kirjeldatakse orientatsiooni z telje suhtes. Kui l oli 1, siis m väärtused on 1, 0 ja -1. Kui l=2, siis m on 2, 1, 0, -1 või -2 jne.

Lz tähistab pöördimpulsi z telje osa.

Näited pöördimpulsi telje kõikumisest z telje suhtes.

Kogu pöördimpulss J võrdub lisaks telje kõikumisele ja spinnist. Eelnevalt on vaja teada teise kvantarvu ja spinni väärtust. Kui J on leitud, siis kirjeldatakse seda illustratsioonides ümber välise magnetvälja jõujoonte pöörlevana, mille enda suund on tavaliselt pandud võrduma z teljega. Z teljel olevad m väärtused lisatakse ühese distantsiga.
See telje kõikumine on üheks Zeemani effekti põhjuseks kus väline magnetväli tekitab spektrijoonte jaotumist.

Magnetväljas olev magneetiline objekt kogeb jõumomenti, mille intentsiivsus võrdub magnetvälja B ja magnetimpulsi (μ) vektorkorrutisega. Aatomis on magnetvälja põhjuseks elektroni liikumine ning see jõumoment on proportsionaalne elektroni pöördimpulsiga. Välise magnetvälja tekitatud jõumoment avaldab mõju, mis on pöördimpulsiga täisnurga all ning püsides nihutab see järjest pöördimpulssi tekitades pöörlemistelje ringjat kõikumist ümber magnetvälja jõujoonte (Larmor precession).
Püsiva asukohaga objekt võib joonduda magnetväljaga kuid elektroni liikumisel tekkiv magnetväli on selleks liiga muutlik. 
Tekkinud kõikumise pöörlemiskiiruse valem (Larmor'i sagedus).
Elektronil on sellise kõikumise kiiruseks 1 teslase magnetvälja korral 28 miljardit pööret sekundis ja prootonil 42,5 miljonit pööret sekundis. Magnetvälja kahekordistamisel peaksid mõlemad sagedused kahekordistuma ning kahekordsel langusel peaks sagedus vastavalt 2 korda langema.

Tuuma magentresonantsis tekib tuumas pärast raadiolainetega stimuleerimist raadiosagedus, mis on sellele magnetväljale omase Larmori'i sagedusega.

Kui nõrk magnetväli põhjustas elektroni pöördimpulsi ja spinni koos kõikumist, siis tugev magnetväli põhjustab nende suuremat sõltumatust üksteisest pannes nad mõlemad paralleelsete telgede ümber kõikuma. Nõrgas magnetväljas tekkinud spektrijoonte lahknemist nimetatakse Zeemani effektiks. Tugeva magnetvälja tekitatud lahknemist nimetatakse Paschen-Back'i effektiks ning sellele on omane spektrijoone lahknemine kolmeks millest keskmine on äärmistest kaks korda intentsiivsem.