ランダウ゠リフシッツ理論物理学教程の力学(増訂第3版)の§42の問題4の解説です.
問題
つぎのことを示せ:
\begin{align}
\left\{ \bm{f}, M_z \right\} &= \bm{f} \times \bm{n} . \nonumber
\end{align}
ここで$\bm{f}$は粒子の座標および運動量のベクトル関数, $\bm{n}$は$z$軸方向の単位ベクトルである.
解答作成
ベクトル関数$\bm{f}$がベクトル$\bm{r}$, $\bm{p}$に依存するのは,
- $\bm{r}$
- $\bm{p}$
- $\bm{r} \times \bm{p}$
の形を通してだけである($\bm{f}$がベクトル関数であるから, 成り立つ). ゆえに, $\bm{f}$はあるスカラー関数$\varphi_1$, $\varphi_2$, $\varphi_3$を用いて
\begin{align}
\bm{f} &= \varphi_1 \bm{r} + \varphi_2 \bm{p} + \varphi_3 \bm{r} \times \bm{p} \label{eq_42-ex4-1}
\end{align}
と書ける.
\eqref{eq_42-ex4-1}および§42問題3の結果を用いて$\left\{ \bm{f}, M_z \right\}$を計算すると,
\begin{align}
\left\{ \bm{f}, M_z \right\} &= \left\{ \varphi_1 \bm{r} + \varphi_2 \bm{p} + \varphi_3 \bm{r} \times \bm{p} , M_z \right\} \nonumber \\
&= \left\{ \varphi_1 \bm{r} , M_z \right\} + \left\{ \varphi_2 \bm{p} , M_z \right\} + \left\{ \varphi_3 \bm{r} \times \bm{p} , M_z \right\} \nonumber \\
&= \left\{ \varphi_1 , M_z \right\} \bm{r} + \left\{ \bm{r} , M_z \right\} \varphi_1 \nonumber \\
&\quad + \left\{ \varphi_2 , M_z \right\} \bm{p} + \left\{ \bm{p} , M_z \right\} \varphi_2 \nonumber \\
&\quad + \left\{ \varphi_3 , M_z \right\} \bm{r} \times \bm{p} + \left\{ \bm{r} \times \bm{p} , M_z \right\} \varphi_3 \nonumber \\
&= \left\{ \bm{r} , M_z \right\} \varphi_1 + \left\{ \bm{p} , M_z \right\} \varphi_2 + \left\{ \bm{M} , M_z \right\} \varphi_3 \nonumber \\
&=
\begin{pmatrix}
-y \\
x \\
0
\end{pmatrix}
\varphi_1 +
\begin{pmatrix}
- p_y \\
p_x \\
0
\end{pmatrix}
\varphi_2 +
\begin{pmatrix}
- M_y \\
M_x \\
0
\end{pmatrix}
\varphi_3 \nonumber \\
&=
\begin{pmatrix}
- y \varphi_1 - p_y \varphi_2 - M_y \varphi_3 \\
x \varphi_1 + p_x \varphi_2 + M_x \varphi_3 \\
0
\end{pmatrix}
\nonumber \\
&=
\begin{pmatrix}
- f_y \\
f_x \\
0
\end{pmatrix}
\nonumber \\
&= \bm{f} \times \bm{n}
\end{align}
となる. $\left\{ \bm{r} , M_z \right\}$, $\left\{ \bm{p} , M_z \right\}$, $\left\{ \bm{M} , M_z \right\}$の計算は, §42問題1および§42問題2を参照されたい.
参考文献
Landau, L. D.; Lifshitz, E. M. 力学. 広重徹, 水戸巌訳, 増訂第3版, 東京図書, 1974, 214p.
リンク
関連記事
ランダウ力学 §42問題1 解説
ランダウ゠リフシッツ理論物理学教程の力学(増訂第3版)の§42の問題1の解説です. スポンサーリンク 問題 質点の運動量$\bm{p}$のデカルト成分と角運動量$\bm{M} = \bm{r} \times \bm{p}$のデカルト成分とから構成され...
ランダウ力学 §42問題2 解説
ランダウ゠リフシッツ理論物理学教程の力学(増訂第3版)の§42の問題2の解説です. スポンサーリンク 問題 $\bm{M}$の成分どうしから構成されるPoissonの括弧式を決めよ. 解答作成 本編で示されているPoissonの括弧式の性質...
ランダウ力学 §42問題3 解説
ランダウ゠リフシッツ理論物理学教程の力学(増訂第3版)の§42の問題3の解説です. スポンサーリンク 問題 つぎの式を証明せよ: \begin{align} \left\{ \varphi, M_z \right\} &= 0 . \no...
ランダウ力学 解説掲載をしていない問題について
ランダウ゠リフシッツ理論物理学教程の力学(増訂第3版)の解説掲載をしていない問題についてコメントします. スポンサーリンク 解説作成を検討している問題 解説作成を検討している問題を, 以下に示します. 解説作成の取りやめを決断した問題 解説作成の取...
0 件のコメント:
コメントを投稿 (Please feel free to ask me about your questions! You can use Japanese or English in the comments.)