角運動量は、円軌道を移動するとき、または自身の周りを回転するときの質量の運動量の尺度です。
回転木馬で楽しいドライブを楽しんだり、バイクに乗って通勤したり、バレリーナが優雅に円を描くように回転したり、地球が月の周りを公転したりするとき、私たちが経験しているのは角運動量です。
カルーセルは、回転を開始するときに角運動量を取得します。 (写真提供:R0macho/Shutterstock)
角運動量は、最も重要な物理量と性質の 1 つです。実際、角運動量の保存は、私たちの存在そのものの理由です。 <デル>
ただし、角運動量について話し始める前に、運動量自体について簡単におさらいしましょう。
モメンタムとは?
スポーツでは、チームがイベントで非常に優れたパフォーマンスを発揮した場合、将来、連勝を止めるには他のチームから多大な努力が必要になると言われています.
連勝中のチームは勢いを増したと言われています。 (写真提供:Jacob Lund/Shutterstock)
言い換えれば、勢いがあると、現在の状態を変えるのが難しくなると言えます。
それが物理学における運動量の仕組みです。運動量は、物体が持つ運動量です。物が動くと到達する目に見えない量と考えてください。
運動量は、特定量の質量がどれだけ動いているかを示します。スポーツで勝利チームが連勝を止めるには、より強力な対戦相手が必要であるのと同じように、オブジェクトが勢いを増したら、オブジェクトに外力を加えて状態を変更する、つまり停止させる必要があります。
ボールはその動きによって勢いを増し、それが当たったときに次のボールに移動して、次のボールを動かします。 (写真提供:Phonlamai Photo/Shutterstock)
したがって、運動量は質量の量とその質量の移動速度に依存し、次の方程式が得られます:
P この方程式では運動量を表します (文字 m はすでに質量に使用されており、科学者は P を使用しています 勢いのラテン語 Pellere から v ながら、「何かを強く押す」という意味 速度を表します。
P の上にある小さな矢印 そしてv は、これらがベクトル量であることを示します。つまり、方向と大きさがあることを意味します。したがって、何かの運動量について話すとき、それがどれだけ存在するかについて言及します どの方向に進んでいるか .
電車は進行方向に大きな勢いがあります。 (写真提供:Denis Belitsky/Shutterstock)
角運動量とは?
運動量を導入したとき、オブジェクトの直線運動について話しましたが、オブジェクトが単に回転または回転している場合はどうなるでしょうか?
オブジェクトが円形の経路を移動している場合、角運動量が通常の運動量に取って代わります。
地球は太陽の周りを円運動しながら、同時に自身の中心を中心に回転しています。これが角運動量を持つ理由です。 (写真提供:grayjay/Shutterstock)
中心に小さな点がある円を想像してください。オブジェクトはこの円の周囲を移動します。物体が動き始めると運動量が増えることはすでに見たので、物体が円を描くように動いているので、角運動量が増えます。
円の周囲を移動するタイヤ。 (写真提供:Emre Terim/Shutterstock)
角運動量は運動量に非常に似ています。運動量は、物体が直線上を移動するときの運動量を示しますが、角運動量は、物体が円形の経路をたどるときの運動量を示します .
Angular と呼ばれます オブジェクトが基準線から移動している角度が常に変化しているため、運動量です。
角運動量の方程式も、運動量の方程式と非常によく似ています。
質量の積、オブジェクトが円周の接線方向に持つ速度、および円の半径が角運動量を与えます。
角運動量を数学的に視覚化するもう 1 つの方法は、慣性モーメント を使用することです。 、円軌道で移動するオブジェクトの質量として機能し、角速度 、名前が示すように、円運動または回転運動のオブジェクトの速度として機能します。
これら 2 つの量を次のように使用すると、運動量の方程式と非常によく似た方程式が得られます。
ここで 私 は慣性モーメントで、 ω は角速度です。
角運動量の保存
角運動量の最も重要な性質と、角運動量が私たちの生活において非常に重要である理由は、角運動量が保存されていることです。 保全 角運動量とは、変化を引き起こす何らかの外部トルク (物体を回転させる力) がない限り、システム内の総角運動量が一定に保たれることを意味します。言い換えれば、角運動量は、角運動量が妨げられない限り同じままです。
システム内に特定の数のオブジェクトがある場合 (つまり、いくつかのオブジェクトが近くを移動している場合)、それらの総角運動量は常に一定のままです。
回転中のバレリーナによる角運動量の保存。 (写真提供:VectorMine/Shutterstock)
バレリーナは、腕を引き込むと速く回転できます。これは、回転の半径が小さくなると、角運動量を一定に保つために (つまり、角運動量が確実に保存されるようにするために) 回転の速度が速くなるためです。 .
それは驚くべき考えです。あたかも自然が独自の意志を持っており、オブジェクトの動きを調整することで角運動量が保存されることを保証しているかのようです.
結論
角運動量で動くカラフルなコマ。 (写真提供:Morten Watkins/Shutterstock)
角運動量は、物体が円を描くように動いているときに経験する運動量の別の形です。これは、オブジェクトが円形の経路を移動しているときにどれだけの動きをしているかを示す量と考えることができます。
