No.2ベストアンサー
- 回答日時:
N子の質点の角運動量Lは
L=Σln=mnΣrn×r'n
また重心rcは
rc=(mnΣrn)/(Σmn)
となります。
n番目の質点の重心より測定した位置ベクトルをrn'とすると
rn=rc+rn'
以上より
L=Σ(rc+rn')×mn(r'c+r'n')
=rc×Mr'c+Σrc×mnr'n'+Σrn'×mnr'c+Σr'n×mnr'n'
となります。
これでは重心部と相対部に分けたことにはならないのですが、重心が原点とすると先ほどの式の2,3項は0となります。
よって
L=rc×Mr'c+Σr'n×mnr'n'
となります。
これではちょっと記号の意味が不明な点もあると思うので記号について補足します。
ln,mn,rnはそれぞれn番目の質点の角運動量、質量、位置を表します。
rn'は前に説明した通りn番目の質点の重心より測定した位置、r'nはn番目の質点の位置を微分したものつまりn番目の質点の速度ですね。間違えないようにしてください。同様にr'n'はrn'を微分したものです。またMは全質量です。
求め方も答えも合っていると思いますが、途中の記号に不備があるかもしれませんのでご自分で確かめてください。それと質量はスカラーですがその他はすべてベクトルですので・・・
最後に一言:使える文字、記号が限られてしまうため見づらいですが解読してください。
No.3
- 回答日時:
適当に文字を定義してしまいます。
全質量 :M=Σm_i (m_iはi番目の粒子の質量)
重心 :r_g = Σ(m_i r_i)/M (r_iはi番目の粒子の位置)
重心速度:v_g = Σ(m_i r_i)/M (v_iはi番目の粒子の速度)
このとき、重心に対する相対的な角運動量 L' は
L' = Σm_i(r_i - r_g)×(v_i - v_g)
= Σm_i r_i×v_i - (Σm_i r_i)×v_g - r_g×(Σm_i v_i) + (Σm_i)r_g×v_g
= Σm_i r_i×v_i - (Mr_g)×v_g - r_g×(Mv_i) + Mr_g×v_g
= Σm_i r_i×v_i - Mr_g×v_g
= L - L_g
となります。式変形の途中で、一番上に書いた重心や重心の速度の式を用いています。
つまり、次のように分けることが出来ます。
Σm_i r_i×v_i = Mr_g×v_g + Σm_i(r_i - r_g)×(v_i - v_g)
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