角運動量の単位 の意味を言葉から理解する
答えが角運動量なら、右辺の単位は になっているはず。ならなければ、どこかが間違っています。
- 角運動量を言葉でどう言い表すか
- その言葉を単位に置き換えると、なぜ になるのか
角運動量とは? 言葉で意味をつかむ
角運動量とは 回転の勢い。回転軸からの距離と運動量の積。
言葉の式に出てくるそれぞれの言葉は、すでに単位がわかっている量です。言葉を単位に置き換えてみましょう。
言葉の通りに単位を並べるだけで、 が出てきました。
基本単位までたどる
言葉の式に出てきた量も、さらに言葉の式で分解できます。速度 → 運動量 → 角運動量 の順にたどると、すべて基本単位(m・kg・s・A・K・mol・cd)だけで表せます。
よくある間違い:同じ単位でも別の量
次の量は 角運動量 と次元 [M L² T⁻¹] が同じです。単位が一致しても意味が違うことがあるので、検算のときは「何を表す量か」も確かめましょう。
- プランク定数()— 光子のエネルギーと振動数を結ぶ定数。振動数 1 Hz あたりの光子のエネルギー。
角運動量が出てくる公式
- 角運動量とは、回転の勢い。回転軸からの距離と運動量の積。
- 言葉の式 角運動量 = 回転軸からの距離 × 物体の運動量 を単位に置き換えると 。
練習問題:分子と分母を見きわめる
問題文には単位が書いてあります。計算はしなくてかまいません。どの単位が分子(上)に、どの単位が分母(下)に来るかだけを考えて選んでください。
問1角運動量は「回転軸からの距離 × 物体の運動量」で求められます。「回転軸からの距離」[]、「物体の運動量」[] のとき、角運動量の単位はどれ?
答えと解説
正解:B
かける量(回転軸からの距離・物体の運動量)の単位が分子、分母に来る単位はありません。まとめると = 。
問2角運動量と角速度 を使います。I 「慣性モーメント」[]、ω 「角速度」[] のとき、角運動量 L の単位はどれ?
答えと解説
正解:C
式を L について解くと 。分子・分母にそれぞれの単位を入れると = 。
問3角運動量 = 回転軸からの距離 × 物体の運動量 です。「角運動量」[]、「物体の運動量」[] のとき、「回転軸からの距離」の単位はどれ?
答えと解説
正解:C
言葉の式を「回転軸からの距離」について解き直すと「回転軸からの距離 = 角運動量 ÷ 物体の運動量」。単位を入れると = 。