• ベストアンサー

重心位置を用いる座標変換について

物理においては重心を用いて運動を記述するということがよくあります。 物体A、Bの位置という変数を、A、Bの重心位置とAB間の距離という変数へと変換するということもよく行われています。 このような変数変換をするメリットは何なのでしょうか。 回転運動を描写するときにしか用いないのでしょうか。 具体的な質問でなく申し訳ないですが、お答え頂けたら幸いです。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • yokkun831
  • ベストアンサー率74% (674/908)
回答No.2

(1)外力のみによる系全体の運動を記述する,重心の運動方程式 (2)内力のみによる相対運動を記述する,相対運動の方程式 この2つに分けることによって,多くの場合運動の記述が簡単になり,座標変数を分離して簡明な運動方程式の表式が得られるからです。剛体の運動に対して,重心の並進運動と重心まわりの回転運動とに分ける操作も,その例の一つです。また,ばね連結された2質点の運動や,地球-月系の太陽周りの公転と,相互の公転なども上の分離によって記述が簡単になる例として挙げられるでしょう。運動解析の上では,相互作用する2物体A,Bのそれぞれの運動方程式において,相互の座標変数が入り混じるのに対して,内力が相対変位のみで表される場合には,重心座標と相対座標に座標変数をとりかえることで,相互に独立な運動方程式への分離ができるという点が,この操作の最大のメリットといえると思います。

gag_box
質問者

お礼

回答ありがとうございます。 わかりやすく詳細な説明ありがとうございます。 なるほど、回転運動も同様な考え方でいいのですね。 勉強になりました。

その他の回答 (1)

noname#185706
noname#185706
回答No.1

重心の運動は系の全質量と系に働く全外力で決まり、内力に依存しないので比較的解きやすいのでしょう。

gag_box
質問者

お礼

返事が遅くなってしまい申し訳ありません。 確かに重心は内力に依存しないので解きやすそうですね。 ありがとうございます。

関連するQ&A

  • 物体の重心の位置や速度

    滑らかな床の上に物体Aを置き、その物体Aの上にさらに物体Bを置き、いろいろな運動(例えばAの上をBが移動する)をさせると物体Aと物体Bの重心の位置や速度が一定と習いましたが、それは、物体Aと物体Bの間に摩擦があっても大丈夫でしょうか?

  • 重心位置座標の求め方を教えて下さい。

    重心位置座標の求めかたを教えて下さい。 正方形の10kgの板の上に、90kgの人が立った時、4隅(A(0,0),B(0,50),C(50,50),D(50,0))にあるセンサーがそれぞれ、30kg(A)、10kg(B)、20kg(C)、40kg(D)の値を示しているときの、正方形の板における重心位置座標を求めるには、どう計算したらよいでしょうか? よろしくお願いします。

  • 二等辺三角形の重心位置とその集合体である円の重心…

    二等辺三角形の重心位置とその集合体である円の重心位置円の半径に関して、     2H   △            △の高さH1、底辺L1      _ △▽△ _(重心位置)   △の面積a      H △▽△▽△          三角形の重心は、高さの1:2の位置 重心から上の面積は4a、下の面積は5aです。 重心からのモーメント計算は、 ※ 上の部分   a×(1・1/3)+(2a×1/3)+(a×2/3)=4/3a+2/3a+2/3a=8/3a ※ 下の部分   3a×2/3+2a×1/3=6a/3+2a/3=8a/3 上の部分 8a/3 = 下の部分 8a/3 となり、重心位置が間接的に証明されました。 その二等辺三角形の集合体である円の重心位置円は、やはり半径の2/3で計算する。 円柱なら、その重さと(2/3半径×π)にて円周長さが求まり、回転数が判れば速度が判る。 円柱の重さと前述の速度から、直線運動の運動エネルギーにて、回転エネルギーが 計算できます。 角度[rad]や角速度[rad/sec]を確認しなくても、回転数と円柱の重さだけで、回転エネルギー が、直線エネルギー計算にて求めることが可能と考えますが、それは正解でしょうか?

  • 重心運動について

    いま物理の勉強で物体などの重心運動のことについてやっているのですがよく分かりません。 たとえば飛び込み台から水に飛び込むダイバーの重心の動きはどうなるのですか? ぜひ教えてください.

  • 重心の問題

    こんばんは(・v・) 物理の問題を、おしえてください! (問題)ABは長さ3mのまっすぐな丸太である。A端を地面につけたまま、B端に鉛直上向きの力を加えて少し持ち上げるには240Nの力が必要で、逆にB端を地面につけたままA端を少し持ち上げるには120Nの力が必要であった。丸太の重さと重心の位置を求めよ。 答えは360N,重心はAから2mの点になっています。 240+120をすればいいんでしょうか?

  • 四面体の重心の位置ベクトルの導出

    4つの質点A,B,C,D(質量はすべてm)の位置ベクトルをそれぞれa,b,c,dとすると、重心Gの位置ベクトルgは g=(a+b+c+d)/4 で表される。 ...これは理解できます。重心の定義より、g=m(a+b+c+d)/4mですから。 では密度が一様な四面体ABCDの重心の位置ベクトルg'が g'=g で表されることはどうすれば示せるのでしょうか。

  • 三角形の数学的重心と物理的重心はなぜ一致するの?

    三角形の数学的重心というのは、 △ABCの3頂点のベクトルをa↑,b↑,c↑と表したときの、 p↑=(1/3)a↑+(1/3)b↑+(1/3)c↑ のことで、いわば、3点の位置平均です。 それに対して、三角形の物理的重心は、内部が詰まった三角形の薄い板があったとして、それをバランスよくささえることができる点のことです。 それらはなぜ一致するのですか? できれば、数式での数学的説明と、直感的な物理的説明の両側面からお願い申し上げます。

  • 高校物理、重心の意味

    図のように、任意の点を糸でつるすと、物体は回転し、重心G がPの真下に来る★そうですが、 (1)重心というのはどのような点なのでしょうか?(教科書では、重力の合力の作用点、その点で支えると、物体は回転しない点とありますが、これだけでは少し苦しいですから、高校物理ではどの程度の認識を持っておけばよいのか教えてください) (2)なぜ★のようなことが起こるのでしょうか?

  • 四角形の重心

    次の物体の重心を求めよ。 A■□D 一辺2aの正方形ABCDの一様な板の1/4を切り取った残りの物体 B■■C ■が元の板で□が切り取った板です。 面積から出そうかなと思ったのですが、 全体の面積 4a^2 切り取った分の面積 a^2 残りの面積 3a^2 切り取った分の面積をMとすると、全体の面積は4M、残りの面積は3M 残りの面積の重心をLとし、切り取った板の重心をO'とする。 OからO'までの距離 (√2)a/2 (分かりますかね!?) 3M×L-M×(√2)a/2=(√2)a/6 となりました。 答えは合っているのですが、 重心の公式→ XG=m1x1+m2x2/m1+m2 を使っていないのですが、いいのでしょうか? よかったら重心の公式を使った解法が知りたいです。 たぶん初歩的だと思いますが、理解度が浅いので解説をお願いします。

  • 位置エネルギーについて

    添付画像のようにAとBの物体があります。形状も質量も同じです。重心位置はセンターです。Aは水平に28.71mm持ち上げた状態。Bは一辺を地面につけて、80度傾けた状態(重心の高さは28.71mmでAと同じ)です。AとBの位置エネルギーは同じでしょうか。完全に持ち上がっているAの方が重そうなねので、Aの方が位置エネルギーが大きいようは気がします。いかがでしょうか。物体の質量を10kgとした場合、それぞれの位置エネルギーの計算方法を教えてください。 両方、mghでしょうか。 ご教授よろしくお願いします。