Impuls in der Werkstoffphysik

Der Begriff Impuls (linearer Impuls) bezeichnet das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit eines Körpers (p = m·v) und ist eine vektoriell erhaltende Größe. In der Werkstoffwissenschaft spielt der Impuls eine zentrale Rolle bei der Beschreibung dynamischer Lasten, Stoßprozesse und wellenartiger Ausbreitung mechanischer und thermischer Störungen in Festkörpern.

Bei mechanischen Belastungen beschreibt der Impulsfluss, wie schnell Bewegungsmenge durch ein Materialvolumen transportiert wird. Dies ist grundlegend für die Modellierung von Schlag- und Aufprallversuchen, Splitterausbreitung, Hochgeschwindigkeitsumformung oder ballistischer Beanspruchung. Die Impulserhaltung erlaubt es, Spannungs- und Dehnungszustände unter kurzzeitigen Lastspitzen zu berechnen und ist integraler Bestandteil der Dynamik elastischer und plastischer Wellen.

Im Kontext des thermischen Impulses wird ein analoges Konzept verwendet, bei dem Energie- und Impulstransport von Phononen oder Elektronen betrachtet wird. Hier ist der Impulsübertrag zwischen Gitterschwingungen, Defekten und freien Ladungsträgern wesentlich für Wärmeleitfähigkeit, thermomechanische Kopplung und Nicht-Gleichgewichtsprozesse (z. B. bei Laserpulslast).

Auf mikroskopischer Ebene verknüpft die Impulsbilanz die Kontinuumsmechanik mit der statistischen Mechanik: Stoßprozesse zwischen Atomen, Versetzungen oder Phononen führen zu makroskopisch beobachtbaren Spannungen, Dämpfung und Streuung. Numerische Methoden wie Finite-Elemente-Analysen dynamischer Vorgänge oder Molekulardynamik-Simulationen beruhen explizit auf der korrekten Beschreibung der Impulsentwicklung und -erhaltung.

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