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慣性モーメントから慣性テンソルへ

1. 角運動量はなぜ回転軸と平行でないのか

自転車のホイールを持って、ホイールを傾けながら回転させてみよう。角速度は傾けた軸方向だが、角運動量は別の方向を向いている——「なぜ?」という感覚が慣性テンソルの入口だ。

慣性テンソルの可視化

a=1.0, b=0.6, c=0.4xy0.043Ixx0.097Iyy0.113Izz(kg·m²)
直方体:Ixx=M(b²+c²)/12
I = ∫ r⊥² dm。主軸でテンソルが対角化される。平板では Ixx ≤ Iyy + Izz(垂直軸定理)。

シミュレーターで任意の軸まわりに剛体を回転させてみよう。角速度ベクトル \(\boldsymbol{\Omega}\)(青)と角運動量ベクトル \(\mathbf{L}\)(赤)が、一般には平行でないことを確認してほしい。どのような軸のとき平行になるか?

問い:\(\mathbf{L}\)\(\boldsymbol{\Omega}\) の関係を一般的に記述するのに、なぜ「テンソル」が必要なのか?

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21:08

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