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。
解答例・解説
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。