例題集

角運動量

知識・記憶レベル   難易度:
点 A$(2,1,0)$ の位置に質量 $m$ の質点 P が, $y$ 軸の正の方向に速さ $V$ で運動している。 このとき, 原点 O からみた質点 P の角運動量の大きさと方向を求めよ。
質点 P の速度 $\vt{v}$ は % \begin{align*} \vt{v}=V\vt{j} \end{align*} % と表されるから, P の運動量を $\vt{p}$ とすれば, % \begin{align*} \vt{p} = mV\vt{j} \end{align*} % である。 P に位置ベクトル $\vt{r}$ は % \begin{align*} \vt{r} = 2\vt{i}+\vt{j} \end{align*} % であり, このとき, 角運動量 $\vt{L}$ は, ベクトルの\ommindex{外積}{がいせき} $\vt{L} =\vt{r}\times\vt{p}$ で表されるから, % \begin{align*} \vt{L} &= \vt{r}\times\vt{p} \\ &= \left|\begin{array}{ccc} \vt{i} & 2 & 0 \\ \vt{j} & 1 & mV \\ \vt{k} & 0 & 0 \end{array}\right| \\ &= 2mV\vt{j} \end{align*} % となる。 したがって, 角運動量の大きさは $2mV$, 方向は $z$ 軸の正の方向である。