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質点系の運動

いまn個の質点からなる質点系を考えよう. i番目の質量を[Graphics:Images/centerofMass_gr_1.gif], 位置ベクトルを[Graphics:Images/centerofMass_gr_2.gif] とすると、運動方程式は

[Graphics:Images/centerofMass_gr_3.gif]

ここで外力は[Graphics:Images/centerofMass_gr_4.gif], 内力を[Graphics:Images/centerofMass_gr_5.gif]とした. 両辺をiについて加えると、

[Graphics:Images/centerofMass_gr_6.gif]

となるが、作用・反作用の法則により

[Graphics:Images/centerofMass_gr_7.gif]

であるから、

[Graphics:Images/centerofMass_gr_8.gif]

となる.質量中心(重心)[Graphics:Images/centerofMass_gr_9.gif]

[Graphics:Images/centerofMass_gr_10.gif]

とし、全質量Mを次のように定義する.

[Graphics:Images/centerofMass_gr_11.gif]

また、全外力をFとすると、

[Graphics:Images/centerofMass_gr_12.gif]

従って、運動方程式は

[Graphics:Images/centerofMass_gr_13.gif]

となり、質量中心は外力Fを受けて運動する質量Mの物体の位置ベクトルに対応する.

また、全運動量Pを次のように定義すると、

[Graphics:Images/centerofMass_gr_14.gif]

運動方程式は

[Graphics:Images/centerofMass_gr_15.gif]

ハハとなる.すなわち、「全運動量の時間的変化率は全外力の和に等しい」.

特に、F==0の時は、

[Graphics:Images/centerofMass_gr_16.gif]

で,P はコンスタントである.すなわち、「質点系に作用する外力の和がゼロのときは、全運動量は保存する」.これを運動量の保存則という.


Converted by Mathematica ハハハハハJune 15, 2000