物質の回転について~角運動量と力のモーメント~

物質の運動
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回転

以下では、俺は物体の回転を認識する。なお、下記の文章は1人称形式である。

1. 力と回転

思考規律1
 (1)もし回転が強弱や大小や多少や早い遅いを持つならば、その回転は数で表現される。
 (2)もし回転が0を持つならば、その回転は数で表現される。
 (3)もし回転が単位1を持つならば、その回転は数で表現される。

例えば、俺が回転を表現したか図でいとき、俺は回転が大小を持つのか、0を持つのか、単位1を持つのかを認識しようとする。口語的には、俺が認識しようとするのは、この回転は強いやこの回転は大きい、この回転は早い、この回転は弱い、この回転は小さい、この回転は遅いという表現が存在するのか、この回転は0であるやこの回転は1であるという表現が存在するのか。

俺が回転を認識するとき、俺は次を認識する。

認識1
 (1)俺の肉体は回転していない
 (2)俺の肉体は弱く回転する。
 (3)俺の肉体は強く回転する。
 (4)日常的には、俺の回転の単位は1回転である。
 (5)俺の肉体は速く回転する。
 (6)俺の肉体は遅く回転する。
 (7)俺の肉体は大きく回転する。
 (8)俺の肉体は小さく回転する。

思考規範1の(2)を用いると、(1)の回転は0である可能性がある。思考規範1の(1)を用いると、(2)の回転は弱いや小さいや遅い。(3)の回転は強いや大きいや早いである。思考規範1の(3)を用いると、(4)の回転は1である。フィギュアスケートでも、肉体の1回転が単位1になっている。

認識2
 (1)俺の肉体は右に回転する。
 (2)俺の肉体は左に回転する。

回転には、向きが存在する。日常的には、時計回りと反時計回りが存在する。

思考規律2
 (1)もし回転が向きを持つならば、その回転は数で表現される。

認識2を使用すると、その回転は数で表現される。正と負が定義される可能性がある。ここでは、俺は反時計回りを正の状態の回転とする。俺は時計回りを負の状態の回転とする。

場合1
 (1)俺が地面の上に立っている。
 (2)俺は両手を地面に平行に広げる。
 (3)加藤が俺の右手を後ろから前に力1で押す。

ここでは、俺は手の長さは1歩であると仮定する。加藤が(3)を実行するとき、俺は反時計回りに回転する。便宜的に、力1は相手を一歩動かすと仮定するが、この仮定は無意味である。また、加藤も、意味がない。

予想1
 (1)もし加藤が俺の右手を後ろから前に力1で押すならば、俺の肉体は反時計回りに回転する。

上記を実際であったと仮定する。現実的には、俺が凍りの上に立って、両手を強く広げているならば、俺は反時計周りに回転するだろう。

場合2
 (1)俺が地面の上に立っている。
 (2)俺は両手を地面に平行に広げる。
 (3)加藤が俺の右手を後ろから前に力2で押す。

力2は2倍の力である。

予想2
 (1)もし加藤が俺の右手を後ろから前に力2で押すならば、俺の肉体は反時計回りに2倍強く回転する。
 (2)もし加藤が俺の右手を後ろから前に力2で押すならば、俺の肉体は反時計回りに2倍速く回転する。

感覚的には、俺の肉体はより早く反時計周りに回転するように感じる。また、目もより回るように感じる。同様に、上記を実際であったと仮定する。このとき、回転は力の大きさに依存する。ただし、2倍大きく回転するのか、2倍早く回転するのかは不明である。強さと大きさと速さの区別が曖昧である。

場合3
 (1)俺が手の長さを2倍にする。
 (2)俺はその両手を地面に平行に広げる。
 (3)加藤が俺の右手を後ろから前に力1で押す。

現実的には、俺は手の長さを2倍にはできない。だから、(1)は非現実的な仮定である。

予想3
 (1)もし加藤が俺の右手を後ろから前に力1で押すならば、俺の肉体は反時計回りに大きく回転する。

上記の予想の結果を感覚的に憶測することは容易でないように思える。伸びたこぶしはより早く回るように思える。また、手の長さが長い時、より大きく回るように感じる。ただし、この大きさは手の長さに依存する視覚的な大きさであるかもしれない。また、こぶしはより早く回るように感じる。しかし、強く回転するのかは不明であるように思える。加えて、場合1と比較すると、俺自身の目はあまり回らないように感じる。

場合4
 (1)俺が地面の上に立っている。
 (2)俺は両手を地面に平行に広げる。
 (3)加藤が俺の右手を右後ろ斜めから右斜め前に力1で押す。

上記では、力の方向が異なる。

予想4
 (1)もし加藤が俺の右手を右後ろ斜めから右斜め前に力1で押すならば、俺の肉体は反時計回りにより弱く回転する。

または、もし加藤が俺の右手を右後ろ斜めから右斜め前に力1で押すならば、俺の肉体は反時計回りにより遅く回転する。

場合5
 (1)俺が地面の上に立っている。
 (2)俺は両手を地面に平行に広げる。
 (3)加藤が俺の右手を俺の体方向に力1で押す。

俺の体を支点とすると、加藤は俺の手を支点方向に押す。その力は俺の両手と並行である。

予想5
 (1)もし加藤が俺の右手を俺の体方向に力1で押す ならば、俺の肉体は回転しない。

現実的には、俺は左方向に倒れるか、よろめく。俺の肉体は運動する。しかし、俺の肉体は回転しない。

場合6
 (1)俺が地面の上に立っている。
 (2)俺は両手を地面に平行に広げる。
 (3)加藤が俺の右手を俺の体の反対方向に力1で引く。

俺の体を支点とすると、加藤は俺の手を支点と反対方向に引く。その力は俺の両手と並行である。

予想6
 (1)もし加藤が俺の右手を俺の体方向に力1で押す ならば、俺の肉体は回転しない。

現実的には、俺は右方向に倒れるか、よろめく。俺の肉体は運動する。しかし、俺の肉体は回転しない。

場合7
 (1)俺が地面の上に立っている。
 (2)俺は両手を地面に平行に広げる。
 (3)俺は両手の質量を2倍にする。
 (4)加藤が俺の右手を後ろから前へと力1で押す。

通常の質量を1と仮定するとき、質量2倍は質量2である。

予想7
 (1)もし加藤が俺の右手を後ろから前へと力1で押す ならば、俺の肉体は反時計回りに遅く回転する。

または、もし加藤が俺の右手を後ろから前へと力1で押す ならば、俺の肉体は反時計回りにゆっくり回転する。ただし、この場合、俺の肉体は弱く回転しない。実際、誰かが質量2倍の両手に衝突すると、その誰かはより痛く感じるだろう。

認識3
 (1)力の大きさと力の方向と手の長さと手の質量は回転に関係する。

上記の予想を実際であると仮定する。この時、認識3が経験的に実際である可能性がある。この認識は結論的な認識である。また、この認識は日常的でもある。ただし、現時点では、どのような関係であるのかは不明である。感覚的には、力の大きさと力の方向と手の長さと手の質量が回転を形成する。または、力の大きさと力の方向と手の長さと手の質量の変化が回転の変化を作り出しているように見える。

予想8
 (1)もし俺が力の大きさを変化させるならば、俺の肉体の回転は変化する。
 (2)もし俺が力の方向を変化させるならば、俺の肉体の回転は変化する。
 (3)もし俺が手の長さを変化させるならば、俺の肉体の回転は変化する。
 (4)もし俺が手の質量を変化させるならば、俺の肉体の回転は変化する。

なお、俺の肉体が止まっている状態も回転0とする。上記の予想を実際であると仮定すると、上記の予想8も実際であるように見える。感覚的にも、経験的にもそれほど奇妙でない。具体的に、どのように変化するのかが次の問題である。現時点では、上記の変化は回転の変化に単純に比例しているように見える。

予想9
 (1)もし俺が力の向きを正反対に置き換えるならば、回転の向きのみが変わる。

たとえ俺が力の向きを正反対に置き換えるとしても、回転の速さや大きさや強さは変わらない。もしこの予想が実際であるならば、俺は反時計回りを主として考える。

2. 速度と質量と回転

上記では、俺は力による回転を認識した。ここでは、俺は力の存在を仮定しない。

場合1
 (1)俺が地面の上に立っている。
 (2)俺は質量1の惑星を半径1歩の円周上に速度1で反時計回りに回転させる。

速度1は便宜的なものである。

場合2
 (1)俺が地面の上に立っている。
 (2)俺は質量1の惑星を半径1歩の円周上に速度2で反時計回りに回転させる。

速度2には、意味は存在しない。その惑星は2倍の速度で回転する。このとき、この回転はより速く回転しているように感じる。この回転はより強く回転しているように感じる。

場合3
 (1)俺が地面の上に立っている。
 (2)俺は質量2の惑星を半径1歩の円周上に速度1で反時計回りに回転させる。

感覚的には、このとき、この惑星の回転は強く回転しているように感じる。

場合4
 (1)俺が地面の上に立っている。
 (2)俺は質量1の惑星を半径2歩の円周上に速度1で反時計回りに回転させる。

このとき、この惑星の回転はより大きく回転しているように感じる。

予想1
 (1)もし俺が時計回りを反時計回りに置き換えるならば、回転の向きのみが変わる。

つまり、たとえ俺が時計回りを反時計回りに置き換えるとしても、回転の速さや大きさや強さは変わらない。もしこの予想が実際であるならば、俺は反時計回りを主として考える。

3. 数による表現

俺は回転を数で表現する。まず、俺は回転の速さや遅さを次のように提示する。

回転数の定義
 (1)回転数は単位時間あたりの反時計周りの回転の数である。
 (2)反時計周りの回転の数は正である。
 (3)時計周りの回転の数は負である。

例えば、俺が1秒間辺りに5回反時計周りに回転する。そのとき、回転数は5である。つまり、回転が速いとは、その回転の単位時間あたりの回転の数が多いことである。回転が遅いとは、その回転の単位時間あたりの回転の数が少ないことである。

回転数に関する予想
 (1)回転数は力の大きさに比例する。
 (2)回転数は質量に反比例する。
 (3)回転数は距離に反比例する。
 (4)回転数は力の方向の前方向の大きさに比例する。

予想1の(1)は次である。もし俺が力の大きさを2倍にするならば、回転数も2倍になる。もし俺が力の大きさを3倍にするならば、回転数も3倍になる。もし俺が力の大きさをある個数倍にするならば、回転数もその個数倍になる。ただし、力の方向は後ろから前へとする。

予想1の(2)は次である。もし俺が質量の大きさを2倍にするならば、回転数も半分になる。もし俺が質量の大きさを3倍にするならば、回転数も3分の1になる。もし俺が質量の大きさをある個数倍にするならば、回転数もその個数分の1になる。ただし、力の方向は後ろから前へとする。

予想1の(3)は次である。もし俺が距離の大きさを2倍にするならば、回転数も半分になる。もし俺が距離の大きさを3倍にするならば、回転数も3分の1になる。もし俺が距離の大きさをある個数倍にするならば、回転数もその個数分の1になる。ただし、力の方向は後ろから前へとする。また、距離は支える点や中心からの距離である。

予想1の(4)は次である。例えば、加藤が12分の1回転の方向に押す。この時、俺の前方向への力は1でなく、2分の1である。この時、回転数は2分の1である。もし俺が力の前方向の大きさを2倍にするならば、回転数も2倍になる。もし俺が力の前方向の大きさを3倍にするならば、回転数も3倍になる。もし俺が力の前方向の大きさをある個数倍にするならば、回転数もその個数倍になる。ただし、逆回転を引く必要がある。

回転の大きさに対する認識
 (1)回転の大きさはその回転が形成する面積の大きさに関係する。

俺が回転の大きさを数で表現するとき、俺は回転が形成する面積を認識する。俺は回転の大きさをその面積に対応させる。そして、俺は回転の大きさを表現する。

回転の単位と0と符号の定義
 (1)回転が0であるとは、回転が形成する面積の大きさが0であることである。
 (2)回転が1とは、回転が形成する面積の大きさが1であることである。
 (3)回転が正であるとは、回転が形成する面積の大きさが正であることである。
 (4)回転が負であるとは、回転が形成する面積の大きさが負であることである。

ただし、上記には、もし回転の大きさが面積の大きさに対応するならば、が存在する。このとき、この定義は思考規律に近くなる。

回転に関する思考規律
 (1)もし俺が回転の大きさを知りたいならば、俺は回転が形成する面積を調べる。

または、もし俺が回転が形成する面積を調べるならば、俺は回転の大きさを知る。

回転面積の定義
 (1)面積は面積である、かつ回転がその面積を形成する。
 (2)力の正の回転面積は面積である、かつ右手歩数と前方力の大きさが形成する。
 (3)速度の正の回転面積は面積である、かつ右手歩数と前方速度の大きさが形成する。
 (4)力の負の回転面積は面積である、かつ前方歩数と後方力の大きさが形成する。
 (5)速度の負の回転面積は面積である、かつ前方歩数と後方力の大きさが形成する。

俺は回転面積という単語を便宜的に導入した。俺は速度を加速度へと拡張する。俺は歩数や力を矢印へと拡張する。

回転面積の大小に関する思考規律
 (1)もしある回転がより大きな回転面積を形成するならば、その回転はより大きい。
 (2)もしある回転がより小さな回転面積を形成するならば、その回転はより小さい。
 (3)もしある回転が大きいならば、その回転が形成する回転面積もより大きい。
 (4)もしある回転が小さいならば、その回転が形成する回転面積もより小さい。

思考規律1の(1)と(2)は現在から現在や未来への規律である。思考規律1の(3)と(4)は現在から現在や過去への規律である。

上記は現実的でもある。例えば、ある惑星が俺の右手1歩に存在する。その惑星は前に1歩動く。このとき、惑星の運動が形成する面積は1である。次に、ある惑星が俺の右手1歩に存在する。その惑星は前に2歩動く。このとき、惑星の運動が形成する面積は2である。さらに、ある惑星が俺の右手2歩に存在する。その惑星は前に1歩動く。このとき、惑星の運動が形成する面積は2である。

力による回転具合の定義
 (1)力による回転具合は「右手歩数と前方力の大きさの積」と「前方歩数と右手力の大きさの積」との差である。
 (2)力による回転具合は「右手歩数と前方力の大きさの積」と「前方歩数と右手力の大きさの積」との差の半分である。
 (3)反時計周りの回転具合が正である。
 (4)時計回りの回転具合が負である。

前方力や前方歩数は前への力や前への歩数である。「右手歩数と前方力の大きさの積」は正の回転である。「前方歩数と右手力の大きさの積」は負の回転である。もし力が斜めにかかるならば、俺は回転具合は正の回転から負の回転を引いた数で表現する。俺は回転具合の数を面積で表現する。その面積は右手歩数と前への力の大きさである。

例えば、ある惑星が俺の右手1歩に存在する。加藤がその惑星を俺の前方に力1で押す。この時、その惑星は回転する。回転具合は右手1歩と前方力1の積である。その積は1である。次に、加藤がその惑星を俺の前方に力2で押す。この時、その惑星は回転する。回転具合は右手1歩と前方力2の積である。その積は2である。感覚的には、この回転はより強い。

さらに、その惑星が俺の右手2歩に存在する。回転具合は右手2歩と前方力1の積である。その積は2である。感覚的には、この回転はより大きい。しかし、数による表現では、上記のより強い回転とこのより大きい回転では、違いが存在しない。大きな回転と強い回転が区別されていない。ただし、大きな回転と強い回転が形成する面積は同じである。俺は強い回転を2倍するか、または力を二乗するか、質量を組み込むことができるかもしれない。

惑星が右手1歩と前1歩の位置に存在する。さらに、加藤がその惑星を30度方向に力1で押す。この時、正の回転具合は右手1歩と前方力半分の積である。その積は2分の1である。負の回転具合は前方1歩と右手力2分の3の2乗根である。その積は2分の3の2乗根である。回転具合は2分の1と2分の3の2乗根の差である。回転具合は負になる。

最後に、俺は質量を考える。ある惑星が俺の右手1歩に存在する。その質量は2である。加藤がその惑星を俺の前方に力1で押す。この時、その惑星は回転する。その惑星はよりゆっくり回転する。回転具合は右手1歩と前方力1の積である。その積は1である。しかし、感覚的には、この回転は1よりも強く感じる。また、時間当たりに形成する面積も小さいように感じる。

なお、半分の意味は運動物富の半分である。また、もし半分が存在しないならば、正の回転具合の図形は長方形になる。もしその具合が回転を表現するならば、俺はその長方形を半分にして、風車型にする。

速度の回転具合の定義
 (1)速度の回転具合は「右手歩数と前方速度の大きさと質量の大きさの積」と「前方歩数と右手速度の大きさと質量の大きさとの積」の差である。
 (2)速度の回転具合は「右手歩数と前方速度の大きさと質量の大きさの積」と「前方歩数と右手速度の大きさと質量の大きさの積」の差の半分である。
 (3)反時計周りの回転具合が正である。
 (4)時計回りの回転具合が負である。

「右手歩数と前方速度の大きさと質量の大きさの積」は正の回転である。「前方歩数と右手速度の大きさと質量の大きさの積」は負の回転である。もし力が斜めにかかるならば、俺は回転具合は正の回転から負の回転を引いた数で表現する。俺は回転具合の数を面積で表現する。その面積は右手歩数と前への速度の大きさと質量の大きさとの積である。

例えば、ある惑星が俺の右手1歩に存在する。その惑星の質量の大きさは1である。その惑星は速度1で前方に運動する。このとき、速度の回転具合は右手1歩と質量の大きさ1と前方速度の大きさ1の積である。その積は1である。

ある惑星が俺の右手1歩に存在する。その惑星の質量の大きさは1である。その惑星は速度2で前方に運動する。このとき、速度の回転具合は右手1歩と質量の大きさ1と前方速度の大きさ2の積である。その積は2である。感覚的には、その回転は速い。

ある惑星が俺の右手1歩に存在する。その惑星の質量の大きさは2である。その惑星は速度1で前方に運動する。このとき、速度の回転具合は右手1歩と質量の大きさ2と前方速度の大きさ1の積である。その積は2である。感覚的には、その回転はより強い。

ある惑星が俺の右手2歩に存在する。その惑星の質量の大きさは1である。その惑星は速度1で前方に運動する。このとき、速度の回転具合は右手2歩と質量の大きさ1と前方速度の大きさ1の積である。その積は2である。感覚的には、その回転はより大きい。

惑星が右手1歩と前1歩の位置に存在する。さらに、その惑星は30度方向に速度1で運動する。この時、速度の正の回転具合は右手1歩と前方半速度の大きさの半分の積である。その積は2分の1である。速度の負の回転具合は前方1歩と右手力2分の3の2乗根である。その積は2分の3の2乗根である。速度のお回転具合は2分の1と2分の3の2乗根の差である。回転具合は負になる。

角度に関する思考規範
 (1)もし俺が力の回転具合を表現するならば、俺は力の方向と右手との角度を直角にする。
 (2)もし俺が速度の回転具合を表現するならば、俺は力の方向と右手との角度を直角にする。

惑星が右手1歩と前1歩の位置に存在する。さらに、加藤がその惑星を30度方向に力1で押す。この時、右手と力との角度は30度である。このとき、俺は右手と力の角度を90度に変換する。このとき、俺自体が回転する。俺は座標変換をここで述べない。

惑星が右手1歩と前1歩の位置に存在する。さらに、その惑星は30度方向に速度1で運動する。このとき、右手と速度との角度は30度である。このとき、俺は右手と速度の角度を90度に変換する。このとき、俺自体が回転する。俺は座標変換をここで述べない。

力による回転具合と速度の回転具合の関係に関する思考規律
 (1)もし速度の回転具合が単位時間で変化するならば、その変化は力の回転具合に等しい。
 (2)もし速度の回転面積と質量の積が単位時間で変化するならば、その変化は力にのよる回転面積に等しい。

正確には、その変化は変化率である。(2)は(1)の言い換えである。例えば、ある惑星が存在する。その惑星は俺の右手1歩に存在する。その質量の大きさは1である。加藤はその惑星を前に力1で押す。このとき、その惑星が前に1歩運動したと仮定する。言い換えると、その惑星は速度1で運動した。

速度の回転具合は質量の大きさ1と速度1と右手1歩の積である。その積は1である。力による回転具合は力1と右手1歩の積である。その積は1である。このとき、速度による回転具合1は力による回転具合1に等しい。

次に、ある惑星が存在する。その惑星は俺の右手1歩に存在する。その質量の大きさは2である。加藤はその惑星を前に力1で押す。このとき、その惑星が前に半分歩運動したと仮定する。言い換えると、その惑星は速度半分で運動した。

速度の回転具合は質量の大きさ2と速度半分と右手1歩の積である。その積は1である。力による回転具合は力1と右手1歩の積である。その積は1である。このとき、速度による回転具合1は力による回転具合1に等しい。

さらに、ある惑星が存在する。その惑星は俺の右手2歩に存在する。その質量の大きさは1である。加藤はその惑星を前に力1で押す。このとき、その惑星が前に1歩運動したと仮定する。言い換えると、その惑星は速度1で運動した。

速度の回転具合は質量の大きさ1と速度1と右手2歩の積である。その積は2である。力による回転具合は力1と右手2歩の積である。その積は2である。このとき、速度による回転具合2は力による回転具合2に等しい。

回転における物富の定義
 (1)回転物富は「「質量と「右手歩数と前方速度の大きさと前方速度の大きさの積」と「質量と「前方歩数と右手速度の大きさと右手速度の大きさ」の積」の」差である。
 (2)回転物富は「「質量と「右手歩数と前方速度の大きさと前方速度の大きさの積」と「質量と「前方歩数と右手速度の大きさと右手速度の大きさ」の積」の」差の2分の1である。

2分の1は数合わせである。簡単に例えると、俺は正の回転に関する立方体を負の回転に関する立方体から引く。このとき、残った立方体が物富である。

面積の大きさの一定性に関する思考規律
 (1)もしある力による回転面積の大きさが一定であるならば、力による回転具合は一定である。
 (2)もしある速度の回転面積の大きさが一定であるならば、速度の回転具合は一定である。
 (3)もし 力による回転具合は一定であるならば、ある力による回転面積の大きさが一定である。
 (4)もし 速度の回転具合は一定であるであるならば、ある速度の回転面積の大きさが一定である。

上記が実際であるのかは不明である。しかし、日常的には、回転の大きさが一定であるのかはその回転の回転面積の大きさの一定さに依存する。

最後に3次元空間の回転を考える。

3次元空間の場合1
 (1)俺が平面に立っている。
 (2)惑星が俺の右手1歩に存在する。
 (3)その惑星は前1歩と上1歩で運動する。

このとき、速度の回転具合は右手と上の回転と右手と前の回転に分けられる。右手と上の回転は右手1歩と上1歩の積である。その積は1である。右手と上の回転は1である。右手と前の回転は右手1歩と前1歩の積である。その積は1である。右手と前の回転は1である。上記の回転は2つの1の回転からなる。

3次元空間の場合2
 (1)俺が平面に立っている。
 (2)惑星が俺の右手1歩と前1歩と上1歩に存在する。
 (3)その惑星は左手2分の1歩と前3分の1歩と上4分の1歩で運動する。

位置の右手1歩と速度の前3分の1歩の積がある。位置の右手1歩と速度の上4分の1歩の積がある。位置の前1歩と速度の左手2分の1歩の積がある。位置の前1歩と速度の上4分の1歩の積がある。位置の上1歩と速度の左手2分の1歩の積がある。位置の上1歩と速度の前3分の1歩の積がある。

俺は位置の前1歩と速度の左手2分の1歩の積を位置の右手1歩と速度の前3分の1歩の積から引く。そのとき、正の回転面積6分の5が存在する。俺は位置の上1歩と速度の左手2分の1歩の積を位置の右手1歩と速度の上4分の1歩の積から引く。そのとき、正の回転面積4分の6が存在する。俺は位置の上1歩と速度の前3分の1歩の積を位置の前1歩と速度の上4分の1歩の積から引く。その時、正の回転面積12分の7が存在する。

この回転は右手と前の正の回転面積6分の5と右手と上の正の回転面積4分の6と前と上の正の回転面積12分の7から構成される。

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