剛体の並進の運動量を正しく理解するには剛体の再定義が必要(2012年、日本)
「剛体とは変形しないもの」という定義そのものが間違っている。
「剛体の運動量(Linear Momentum)が質点の運動量mVと等価」
というもっともらしい理屈も完全に間違っている。
それは簡単な思考実験で証明できる。
このことによって、剛体の運動量がなぜm・rVであるのかが理解できる。
剛体の運動量(従来の概念)
剛体の運動量は、重心と言う名の仮想的な質点の運動量mVと等価である、と当然のごとく考えられている。
そう教えられてきたし、実にもっともらしいので、
そう言うものだと思い込んでいる。
はたして、それは本当だろうか?
この基本的な概念そのものが間違っていることをこれから証明しよう。
剛体の運動量は単なる重心の運動量ではない(2012年、日本)(世界初!!)
Momentum of Rigid Body Is not that of "Center of Mass"
以下のような思考実験を行うことで、
従来の考え方が完全に間違っていることが簡単に証明される。
長さが宇宙の果てまで達するような剛体(以降、剛体A)を考えてみよう。
剛体Aの重心に力を加えたとき、
- 重心とその周辺の狭い範囲だけが動き出し、
- 宇宙の果ての剛体の端は何十億年も後に動き出す、
ということになるだろう。
確かに、剛体とは変形しないもの、内部のどの質点間の距離も変わらないものと定義されている。つまり、重心に力を加えれば、宇宙の果てまで力が瞬間的に伝わると暗黙に考えている。
ところが、この考え方そのものが非科学的です。
剛体と言うのは結局は仮想的なものだが、仮想的だとしても、
重心に加えた力が宇宙の果ての剛体Aの端まで伝わるには
有限の時間がかかる。
力の伝搬速度が光速を越えることはあり得ないし、
光速でさえ有限だからです。
加える力の大小にかかわらず、どんなに弱い力を加えても、力の伝搬は光の速さを超えることはできない。強力な力を加えない限り変形しない、それが剛体であると言うのが従来の考え方だが、それ自体幻想に過ぎない。
それはまさに力のモーメントである。
剛体Aの重心に加えた力が宇宙の果てまで伝わって作用するのが力のモーメントであり、宇宙の果ての剛体Aの端に加えた力が重心まで伝わるのもまた力のモーメントである。
この思考実験は、有限な大きさの剛体にも適用されると考えるのが自然です。
剛体の運動量とは、剛体の各部に力が均等に加わらなければならない。
重心だけに力を加えた結果ではない。
重心だけに力を加えたとしても、剛体全体がまったく同時に同じ速度で動き出すことはできない。
日常的な大きさの剛体では、
重心に加えた力が剛体全体に伝わるのは一瞬なので、
あたかも重心と言う質点の運動であるかのようにたまたま見えるだけです。
たまたまそう見えることを科学的な定義(原理)と捉えていたことがそもそも非科学の始まりだった。それは「木を見て森を見ず」というたとえと一緒です。
剛体の運動量は、単なる重心の運動量ではない、ということがこれではっきり理解できた。
剛体の再定義(2012年、日本)(世界初!!)
Redefinition of Rigid Body
結局、今まで、剛体の運動量について正しい解釈ができなかったのは、
変形しないという剛体の定義によって自分で自分の首を絞めていたからです。
だから、剛体の定義も見直す必要がある。
剛体は変形しないと言い張るのであれば、
従来の剛体は完全剛体と呼ぶようにして、
変形する剛体を準剛体と呼べばいい。
そして、現実世界により適合しているのは準剛体なので、
通常は、準剛体のことを単に剛体と呼ぶことにしよう。
- 「剛体(準剛体)とは、局所的には変形しないが、
- 大局的には変形する物体である」
と再定義すべきでしょう。
完全剛体は机上の空論であって、
剛体(準剛体)こそが現実の科学です。