• 締切済み

ハミルトニアンの用途について

ハミルトンの正準方程式は、古典力学の分野において、具体的にどのような使い道があるのでしょうか? ハミルトンは保存量であり、運動エネルギーと位置エネルギーの和を示すということは分かるのですが、だったら何なのでしょうか?物体の運動を考察する時にどのように役立つのでしょうか?もしくはそれについて書かれている専門書などを教えて頂ければ幸いです。 ご教授のほどよろしくお願いします。

みんなの回答

回答No.1

小出昭一郎「解析力学」(物理入門コース2)岩波書店(1983)に記述のある説明より。 「正準形式は、量子力学の定式化に重要な役割を果たしたのですが、もともと天体力学において開発された数学的技術です。2体問題のような厳密に解けるモデルではケプラーの法則のような綺麗な法則に従いますが、実際の天体運動では、他の惑星の影響を受けてこのような法則からずれた観測結果が得られます。これを理論的に調べる道具立てとして、作用変数や角変数を用いたのです。これらは天文学者だけが用いる古典力学の奥義のようになっていました。 標準的な専門書としては、次のようなものがあります。 ・H.Goldstein(野間進・瀬川富士訳)「古典力学」(物理学叢書11)吉岡書店(1959) ・E.T.Whittaker(多田政忠・藪下信訳)「解析力学」(上・下)講談社(1973) なお、専門書として、前期量子論に関連する古典解析力学の名著としてはは、次のようなものがあります。 ・ボルン(M.Born)の「原子力学」 ・ゾンマーフェルト(A.Sommerfeld)の「原子構造とスペクトル線」 しかし、これらは量子力学が完成した後は全く時代遅れのものです。」

関連するQ&A

  • 【中学理科】 力学的エネルギー保存の法則について

    物体の運動・位置エネルギーについての質問です。 力学的エネルギーとは、運動エネルギーと位置エネルギーの和であり、運動の速さが一定ならば、運動エネルギーは変化しない。ひもをつけた物体を同じ速さでひっぱりあげると、運動エネルギーは変化しないが位置エネルギーは増加するので、力学的エネルギーは増加する。 ・・・と参考書にあったのですが、 振り子の運動で、運動エネと位置エネは互いに入れ替わるから、その和、つまり力学的エネルギーはいつも等しい。と習った気がします。 振り子の運動の力学的エネルギーがどこでも一緒なのは、特別な例なんでしょうか。 それと、ひもをつけた物体を加速しながら持ち上げたら運動エネルギーも位置エネルギーも増加し、力学的エネルギーも増加するということであってるでしょうか。 初歩的な質問ですみません。 分かる方、ぜひ回答お願いします。

  • ロジスティック方程式のハミルトニアンについて

    微分方程式で有名なロジスティック方程式のハミルトニアンを考えています。 単純に dx/dt=ax(1-x) (a<0) とおいて、 両辺をtで微分すると、 d^2x/dt^2=(a-2ax)dx/dt これは、力学とのアナロジーで考えると、速度と場所に応じて抵抗力がかかるような状況であるため、重力やバネなどの単純な力学的なポテンシャルには類型が見つからないようです。 無理矢理ポテンシャル求めようとすると、 E=ー(積分(a-2ax)dx/dt dx)=ー(積分(a-2ax)v^2dt) となり、位置×速度の二乗の時間積分という変な量になってしまいます。 ハミルトニアンは、別に運動エネルギー+位置エネルギーでなければならないとはどこにも書いておらず、正準方程式の定義を満たせばハミルトニアンなので、ロジスティック方程式にもハミルトニアンは定義できるのかもしれないと思い考えています。 どなたかご意見頂けると幸いです。

  • エネルギーって何ですか?

    現在中3です。 最近理科の1分野でエネルギーについて勉強しました。 『エネルギー』=『力を加えて、物体を動かしたり、変形させたり、壊したりする能力』と習いました。 さらに『運動エネルギー』『位置エネルギー』『力学的エネルギー』などいろんなことを習うたびにわけが分からなくなりました。 まず… (1)エネルギーって何ですか? 先生に説明されたんですが、先生はわかーい女の先生で、あまり良く分からないんです。 (2)重力=エネルギーなんでしょうか。 友達は「位置エネルギーのことじゃない?」って言ってるんですが、位置エネルギーって高さが高いほど大きくなるので重力も大きくなるってことになると思うので…考えたら考えるほどどつぼにはまってしまいます。 (3)静止している物体にはエネルギーは働いてませんよね? (4)振りこの運動に関してですが、「エネルギーは互いに変換することができる」 ??? 運動エネルギーと位置エネルギーの駆け引きが分かりません。『力学的エネルギー保存の法則』により位置エネルギーと運動エネルギーの和は保存される(=一定?)ということですが、力学的エネルギーって本当に一定ですか? 最後まで読んでくださってありがとうございます。 皆さんにとってはたやすい問題かもしれませんが、答えて下さったら幸いです。

  • 仕事とエネルギーについて

    「なめらかな斜面がある。小物体を手で力を水平右向きに加えて斜面をゆっくり上らせた。このとき、小物体に働くすべての力がした仕事はいくらか?」 解答を見ると、「物体の運動エネルギーは、外力にされた仕事の分だけ変化する。小物体の運動は常にゆっくり行われ、その早さは0に等しく小物体の運動エネルギーは常に0であるから、小物体の運動エネルギーは外力に仕事をされても変化しなかったことになる。よって小物体が全外力にされた仕事の和は0」 となってします。 運動エネルギーが変わらないのは納得できますが、明らかに位置エネルギーは増加しています。された仕事が0だとするとこれは力学的エネルギー保存則に反しないのですか? 位置エネルギーが増加しているので、小物体がされた仕事は正のような気がしてなりません。 教えてください。

  • (力学)空気抵抗による単振動の減衰運動についての質問

    質量mの物体を一端に付けたバネ(バネ定数k自然長k0バネの質量は無視) の他端を天井からつるし、鉛直方向に物体を振動させる。 重力加速度をgとする。その他必要な物理量があれば定義して使ってよい t=0に自然長の位置から物体に初速度を与えずに運動を開始させた。 天井を原点とし、下方を正とするx軸座標を使って以下の問いに答えよ 1.空気抵抗を考える場合(比例定数b)、物体はいわゆる減衰運動を行う。 このとき、この物体の減衰運動の運動方程式をこたえよ。 2.この運動の力学的エネルギーEを求め、ついでその時間変化率をもとめ正負を 判定せよ。この場合の力学的エネルギーとは物体の運動エネルギー、重力の 位置エネルギー、バネの変形エネルギーの和である。 物体に加わる外力が一定の場合は高校の時よく解いた問題なのでわかると思いますが 今回の場合は空気抵抗ということでどのように解いたらよいか良くわかりません。 自由落下時の空気抵抗は解ります。教科書には空気抵抗の記述すらありません。 お願いします

  • ハミルトンの正準方程式の用途

    ハミルトンの正準方程式は、量子力学以外で、どういう時に役に立つのでしょうか?

  • 複数の物体の力学的エネルギー保存則

    力学的エネルギー保存則は運動方程式から導くことが出来ました。 ならば、複数の物体の運動でも運動方程式から力学的エネルギー保存則を導けると思うのですが、一部の問題(特に入試問題)ではうまく導けません。 これは導き方に問題があるのでしょうか?

  • 新課程の範囲(似た質問はありますが・・・+長文です)

    ほかの回答をいろいろ見たのですがいまいち分らないことがあるので、質問します。 1、物理Iの範囲について 旧課程の力学分野(熱力学含む)は 物体の運動(相対速度、落下運動etc) 運動と力(作用反作用の法則、フックの法則、運動方程式、慣性の法則、摩擦、慣性力、モーメント、偶力etc) 運動量(力積、運動量保存則、反発係数etc) エネルギー(仕事、力学的エネルギー保存則、保存力etc) 熱とエネルギー(熱容量、比熱、ボイル・シャルルの法則etc) としたとき何が追加されて何が消えたか指摘してもらえませんか。 2、波動分野は変わってなかったと思うのですがあってますか? 3、電気分野はだいぶ減ったみたいなのですが、なんが減ったか具体的に教えてくれませんか?(できれば追加分も) 4、原子分野はなくなったのですか? 大変ですけれど教えていただけたら幸いです。

  • 力学的エネルギー保存則?

    高3です 力学的エネルギー保存則についてあまり理解ができてません・・・。 使い方はなんとなくわかり、 摩擦、抵抗が無いときは力学的エネルギー保存則が適応できて、運動エネルギーと位置エネルギーの和は一定である というものを利用して問題が解ける。という風に丸暗記というか操作の方法だけ覚えています。 なぜか・・・ というのがいまいち分かりません。 例えば高さHのところから高さhまでの斜面に質量mの玉を転がしたら、mgH=1/2 mv^2+mgh でhの時点の速度が求まる。まぁmは結局消えるから速さは質量によらないということもここから分かりますね・・・。 一応知識としてはこれくらいは分かっているつもりなのですが、「エネルギー保存則=位置エネルギー+運動エネルギー」がなぜそうなのかというのがいまいち分かりません。 なんか2つが別々のようにおもえるのに足すということがあまり理解できないというか・・・。 2つの和が一定ということは、位置エネルギーが変化したら運動エネルギーが減るってことですか? 位置が高くなったらその分運動エネルギーが減る?? そもそも「運動エネルギー」とは「動いている物体は他の物体に力を及ぼして仕事をすることができるのでエネルギーを持っている」と言え、それを運動エネルギーといっているのですよね。 位置が高くなったらエネルギーも蓄えられそうですが、これって、斜面を転がっていてボールのスピードが加速してる・・・ けど上り坂になる(位置エネルギーがあがる)と玉のスピード(運動エネルギー)が下がる。 というイメージでいいのでしょうか? 教科書にも定義みたいのことしか書いてなく、イメージがつかめないので勝手に想像してみました。こういう理解でいいのでしょうか?アドバイスおねがいします・・・ m(。。m

  • 運動方程式と統計力学

    ニュートンの運動方程式とハミルトンの運動方程式は数学的には等値です。ここで疑問に思ったのですが、ニュートンの運動方程式だけで統計力学を構成できるのでしょうか?自分の乏しい知識ではハミルトンの運動方程式にしか位相空間や状態量といった概念ないので、ニュートンの運動方程式からは無理ではないかといいた気がするのですが。