締切済み 三次元での角速度ベクトルの求め方 2001/05/10 12:29 球円上の運動の角速度ベクトルを求めるのに Ω=2/(dE/dt+ExdE/dt)/(1+|E|^2) という計算式がでてきました。 この数式の意味を教えて下さい。 よろしくお願いします。 みんなの回答 (3) 専門家の回答 みんなの回答 guiter ベストアンサー率51% (86/168) 2001/05/13 01:41 回答No.3 どういう運動をしているのかがまだつかめていません。 >球体が三次元で回転するとします。 球体は同じ位置で回転しているのでしょうか? >その球体の位置を角速度ベクトル(Ω)として求める この文章が少しわかっていません。 >nは回転軸 これは、nが回転軸方向の単位ベクトルということでいいのですか。 >Ω=2/(dE/dt+ExdE/dt)/(1+|E|^2) この式は間違ってないですか。 nikorin さんも仰っておられるようにベクトルで割り算してますし、 次元を考えると(dE/dt+ExdE/dt)が分母でなく分子にあるなら Ωは角速度の次元になりますけど。 あと、ExdE/dt は E と dE/dt の外積ということで良いのでしょうか。 広告を見て全文表示する ログインすると、全ての回答が全文表示されます。 通報する ありがとう 0 nikorin ベストアンサー率24% (47/191) 2001/05/11 14:14 回答No.2 うーん、回転ベクトルEというのが何者なのかわかりません。 ほかにわかる方いませんかぁ..(泣) > その球体の位置を角速度ベクトル(Ω)として求める.. 球体の回転..では? > Ω=2/(dE/dt+ExdE/dt)/(1+|E|^2) は間違っていませんか? ベクトルで割り算してますけど.. 広告を見て全文表示する ログインすると、全ての回答が全文表示されます。 通報する ありがとう 0 nikorin ベストアンサー率24% (47/191) 2001/05/10 13:18 回答No.1 ΩとEはどういう定義をされていますか? 補足をお願いします。 質問者 補足 2001/05/10 15:40 大変わかりにくくてすみません。もう一度質問します。 球体が三次元で回転するとします。 球体は水平回転、垂直回転、回旋といろいろの運動があります。 その球体の位置を角速度ベクトル(Ω)として求めるときの式です。 回転ベクトルをEとすると、 E=tan(p/2)n nは回転軸 pはそのn軸回転の角度 で表され、このEから角速度ベクトル(Ω)を次式で求めます。 Ω=2/(dE/dt+ExdE/dt)/(1+|E|^2) またまたわかりにくいかもしれませんが、よろしくお願いします。 広告を見て全文表示する ログインすると、全ての回答が全文表示されます。 通報する ありがとう 0 カテゴリ 学問・教育自然科学物理学 関連するQ&A 角速度 角速度に関して、手持ちに以下のような資料があるのですがベクトルeが何を表しているのか、何に使うのかが分かりません。 また角運動量Lが半径r×運動量pであること、最終的にIωへ式変形していることは理解できるのですが図の意味がよく分かりません。 よろしくお願いします (ベクトルL)=(ベクトルr)×(ベクトルp) =rp(ベクトルe) =rmv(ベクトルe) =rmv(ベクトルe) =mr^2ω(ベクトルe) 角速度ベクトルωは、cにdθ/dtを掛けたもの ? 半径rの円に沿ってvの速度で等速回転しているとき、速度の大きさは v=r*(dθ/dt)……図7参照 速度ベクトルvは、位置ベクトルrの方向変化の割合を示すものであるが、これを示すものとして、 回転運動面に垂直な方向を指す単位ベクトルcを導入する。 角速度ベクトルωは、cにdθ/dtを掛けたもので、 ω=(dθ/dt)*c……図8参照 とする。 という解説がありました。 ここで質問です。 1.ω=(dθ/dt)*cとなるのが分かりません。 分かりやすい説明をお願いします。 2.図7と、図8でrが出てきますが、同じものなのですか。 図7と、図8では、rの大きさが違うように思えるのですが。 以上、宜しくお願いいたします。 角速度のベクトルの方向は何故回転軸なんでしょうか 角速度のベクトルの方向は、回転軸になるというのが納得できません。 例えば、極座標系で、ある粒子がZ軸を中心に右周りに半径を変えず回転していたとして、 位置ベクトルが(s,0,z)だとして、 速度ベクトルは(ds/dt, s*(dθ/dt),dz/dt)=(0,s*(dθ/dt),0)になると思うのですが、 この点からしてもZ軸については速度が0のはずです。 粒子が動いているのは勿論θ方向なので、直感的に(0,Ω,0)がしっくりきます。 なのに、速度ベクトルΩが何故(0,0,Ω)になってしまうんでしょうか。。 どなたか分かる方教えてください。よろしくお願いします。 天文学のお話。日本ではどのように考えられていた? OKWAVE コラム 角速度ベクトルについて 初歩的な質問ですいません。 質点の位置ベクトルがr=(acosωt,asinωt,0)の時 質点の角速度ベクトルωはどのようにして求めるのでしょうか? 角速度ベクトルの方向がkである理由 (お願いします こんにちは、 確認というか、もし間違っておりましたらご指摘頂きたくどうか勉強させて下さい。 宜しくお願いします。 物理の力学と数学的なお話になるかと思います。 ある点がXY平面状を円運動しているとお考え下さい。その角速度をベクトル表記する場合に ω = |ω|k とすることを習いました(ベクトルを示す矢印を記せないので| |が表示されていない場合は、ベクトルとお考え下さい)。 なぜ、k、つまりz軸方向の単位ベクトルを使うのでしょうか。 kベクトルは、まったく角速度の"方向"を示していません。 教科書をよく読んだのですが、このωベクトルは、 「k方向軸を回転軸とする大きさ|ω|の回転を表している」 と突如、数学のルールもなにも無視したような理解の押し付けをされた気がしました。 例えば、x軸方向で大きさ|V|の速度ベクトルを表すならば、 V = |V|i で全く理解できますが、上記の角速度ベクトルについては??のままでした。 このような半信半疑の状態のまま、教科書を進んでいくと、回転運動をしている点の線速度、線加速度ををベクトル表記するというように進んできました: 線速度ベクトルV、線加速度ベクトルa すると、位置ベクトルR、および最終的に外積を使って、 V = ω X R と表すことができるのですね。 ここにきて、ようやく、「もしかしたら・・・」 という考えが湧きました。 角速度ベクトルをkを使って表したのは、V = ω X R としたかったからではないでしょうか。 ベクトル表記を使わない場合で、|V| = |ω||R| というのは既に分かってますし、これに酷似した表記として V = ω X R というようにしたかった、のではないかと思いました。 このように表記したかったとしたら、外積の定義から考えて、 確かにωはkベクトルをつかって表記する必要があります。 とこのように、私の出した結論は、角速度ベクトルをkベクトルを使って 表すのは、「便宜上、そうすると都合が良い」、ではないかと思いました。 いかがでしょうか。同様に、角加速度ベクトルαを表すのにkベクトルを使うのも a = α X R という形で表したかったのではないかと考えています。 以上、分かり辛い文面になっていることかと思いますが、どうもお伝えするのが難しいニュアンスのことを伺っておりまして、このようになっておりますことご容赦下さい。 また、改めて申し上げますが、ベクトルを示す矢印を記せないので| |が表示されていない場合は、 ベクトルとお考え下さい。 私なりにかなり悩み抜いた末の、結論なのですが、どうか ご確認の程、どうぞ宜しくお願いします。 角速度・角加速度の求め方について教えてください こんにちは 単軸まわりの回転運動を考える場合、回転した角度θz(ここではZ軸周りとします)とすれば角速度ωz=dθz/dt、角加速度αz=dωz/dt=d^2θz/dt^2とあらわされると思います ではX,Y,Z軸で同時にθx, θy,θz回転している場合の角速度、角加速度はどのような表記になりますでしょうか? 微小時間で角度の増加が極めて小さければ、(ωx, ωy, ωz)=(dθx/dt, dθy/dt, dθz/dt)、(αx, αy, αz)=(d^2θx/dt^2, d^2θy/dt^2, d^2θz/dt^2) となると考えれば良いのでしょうか? 逆に微小時間での角度増加が大きい場合はどのように考えればよいのでしょうか? リンクの角加速度ベクトル 以下について,何方かご教示願います. ω1とω2はそれぞれリンク1とリンク2の重心まわりの角速度ベクトル, θ’はジョイントの角速度,Sをジョイント軸の単位ベクトルを示しており,3軸あるものとしています. リンク2の角加速度ベクトルを求めるとき,ω1やθ’の時間微分以外の項は, ジャイロ効果によるものと考えて間違いないでしょうか? であれば,Sθ'×ω1など振り回す角速度ベクトルを変えた場合には (○+△+□)×◆などの項はどのようになるのでしょうか? 括弧内の項が増えることは何を意味しているのか良く分かっていません. この点に詳しい記述のある書籍を教えて頂けるだけでも大変有難いです. 角速度をもとめる はじめ鉛直に立っていた長さLの一様な棒が一端を軸として静かに倒れ始めるとき、水平面とのなす角がθとなるときの棒の角速度は、 全E=重心運動E+重心周りの回転E+重力による位置E で出せますが、 一端を固定しない滑らかな水平面じょうでは重心運動Eがあらわせずに、角速度がどうなるのか良くわかりません。 詳しい方、どうかよろしくお願いします。 剛体振り子の角速度 固定した水平軸のまわりに回転できる質量mの剛体の運動を考える。 回転軸Oから剛体の重心Gまでの距離をLとし、OGが鉛直線となす角をθとする。 t=t1のとき、θ=θ1となり剛体の角速度はω1となる。 t=t2のとき、θ=θ2となり剛体の角速度はω2となる。 ただし、90°>θ1>θ2>0°、t2>t1、ω2>ω1、Δt=t2-t1、Δω=ω2-ω1 このとき、運動方程式をたてるとI(dω/dt)=-mgLsin(θ1-θ2)となり、角加速度をαとするとα=-(mgL/I)sin(θ1-θ2)となると思うのですが、どうでしょうか?間違っているならどなたか訂正をお願いします。 Iは慣性モーメントです。 角速度問題 2自由度マニピュレーターの軸の回転角速度に関する質問です。1軸のアームにジャイロセンサー1を、2軸のアームにジャイロセンサー2を設置、ジャイロセンサー1から取得した角速度ω1、ジャイロセンサー2から取得した角速度ω2とします。軸1の回転角速度はω1だと思いますが、軸2の回転角速度はω2-ω1ですか?計算方法を教えていただければ助かります。 角速度と速度 角速度ωは単位時間当たりの回転角で、速度は回転速度ですよね。 この2つどう違うのか説明して頂けないでしょうか? 角速度と速度について 基本的なことだと思うのですが、教えていただけないでしょうか? 角速度ωとは単位時間に回転した角度で単位はrad/sですよね。 質点mがあり、中心からの距離rで角速度ωで回転しているときに、その速度vがv=rωとなるのはどうしてですか? どうしてrが入ってくるのかを式で教えていただけないでしょうか? 日本史の転換点?:赤穂浪士、池田屋事件、禁門の変に見る武士の忠義と正義 OKWAVE コラム 三次元極座標の位置ベクトルに垂直な速度ベクトル 三次元極座標で、座標R(r,θ,φ)に質点があり、位置ベクトルに対して垂直な質点の速度ベクトルVの表記がわかりません。 わかる方がいらっしいましたらお願いします。 速度ベクトルの大きさはVで、位置ベクトルに対して垂直であれば方向はランダムです。 私は、位置ベクトルに対して垂直な半径Vの円を考えて円上でのVを(V,θ2)としてそれを表記しなおそうとしたのですがわからなくなりました。 最終的な表記は極座標でもデカルト座標でもかまいません。 お願いいたします。 角運動量 意味がまったく分からないので、説明していただけるとありがたいです。 1.質量m[1]とm[2]の質点が一定速度v[1],v[2]で運動していて、ある時刻において質点の位置はそれぞれr[1],r[2]であったとする。 (1)このときの原点周りの全角運動量ベクトルLを与えよ。 (2)(1)の結果が原点の位置には依存せず、その質点間の距離ベクトルだけに依存しているとすれば、その条件式を与えよ。 2.x-y平面状で質量mの質点が半径a、角速度ωで中心G周りの等速円運動をしている(左回り正)。 (1)中心G周りの角運動量ベクトルを与えよ。ただし、基本ベクトル(i,j,k)を使うこと。 (2)前問で中心Gが位置ベクトルrに固定されており、ある時刻においてこの粒子が円の中心からの一がae[r]であり、その動径方向との角度がφであったとき、原点(O)回りの角運動量の値(z方向を正)を与えよ。ただし、e[r]はGから質点への動径の単位ベクトルである。 (3)原点(O)回りの角運動量が最大になるときと最小になるときの位置とその値を与えよ。 よろしくお願いいたします。 初歩的なことですみません。角速度について 角速度といえばωで、高校のときは単位はrad/sでした。これはわかるのですが、大学で単振動に対する運動方程式(ma=-kx)を微分方程式で表す際、d^2x/dt^2=-ω^2x、ただしω=√(k/m)、単位はrad/sと定義しています。式の流れからなんとなくはわかるのですが、なぜ√(k/m)の単位がrad/sになるのか感覚的にいまいち理解ができません。 簡単なことなのかもしれませんが、気になるので詳しい方お願いします。 剛体の角速度 角速度を求める問題で困っています。角度θをなす粗い斜面上に質量M、半径rの円柱があり、地面からの高さhの点から滑らず転がって落ちる場合、地面に達した時の角速度を求めたいのですが、まず円柱の慣性モーメントをM*r^2/2と求め、さらにエネルギーの保存則を使い角速度ω=2√gh/r√3(r分の2ルートr分のgh)という結果を求めることができました。しかしエネルギー保存則以外に運動方程式を用いて求める方法もあるらしくそれをしたのですがωの値が保存則で求めた値と一致しません。僕自身運動方程式を用いるということがいまいちよく理解できません。これは垂直、斜面、回転に対してのつりあい式、運動方程式等を立て、代入法で解いていけば求まるのでしょうか?それとも積分等をして求めるのでしょうか?どうが詳しく教えていただければ幸いです。 地球の角速度、コリオリ力、遠心力などの力学問題 こんばんは。 力学の問題が難しくて解けなくて困っています。 > 【問題】 地球は自転しているので、地表にいる我々は回転系でものを見ていることになる。そこで地球の公転は無視し、地球は半径6400kmの真球として、その中心に原点を持ち、自転軸をZ軸にもつ回転系(K系)を考える。これとは別に観測者とともに地表に固定された座標軸(K’系)を図1のように考える。回転座標系における質点の運動方程式が一般に m(d^2r/dt^2) = F - 2mω×dr/dt - mω×(ω×r) - m(dω/dt)×r と書けることを用いて、以下の問いに答えよ。ただしrは質点の位置ベクトル、Fは質点に働く力、ωは角速度ベクトルを表すものとし、×はベクトル積を表すものとする。答えは有効数字2桁で答えよ。 (1)慣性系(K系)でみた地球の自転に対応する角速度ベクトルを求めよ。ただし、地球は24時間で1回辞典すると近似してよい。 (2)K’系のZ’軸は観測者位置で地表に対して垂直で外向きにとり、X’軸は経線に沿って赤道に向くようにとり、Y’軸はK’系が右手系になるように決めるものとする(図1)。この時、K’系でみた角速度ベクトルを求めよ。 (3)観測者は北緯30度(北極から測った角度60度)の所にいるとして、遠心力と重力の大きさの比を求めよ。 (4)K’系の原点においてX’軸の負の向きに速さ v = 10m/s で動く物体に働くコリオリ力をベクトルとして求めよ。 (5)前問の結果を用いて、北半球で生じる台風における風の向きについて考察せよ。 (6)地球の自転周期は10万年あたり1秒の長さで長くなっている。この結果生じる見かけの力と遠心力の比の大きさは(3)の観測者の位置でいくらか。 > 長くなってしまってすみません…。 どなたかよろしくおねがいします。 角速度一定の証明 角速度一定の証明 質量mの物体が半径Rで円運動する時のωが一定になることの証明、またその値を求めよ 極座標を使ってx=rcosωt y=rsinωtとして計算していくと 加速度をa、速度をvとして a=-ω^2r という式がでてきて a,rはともに一定だからωは一定 これは最後ちょっと強引な感じがするのでどなたかちゃんとした回答を教えていただきたいです 角運動量ベクトルについて 物理のある正誤問題(誤文を選ぶ形式)の一部なのですが、次の選択肢が正文になる理由がわかりません(ほかの選択肢に明らかな誤文があるので、この選択肢は正文だと思います)。 おそらく外積ベクトルの理解にかかわる部分かと思うのですが、どなたか教えてください。 よろしくお願いします。 ⇒質点の角運動量ベクトルは、同じ位置で速度の大きさが同じ場合、速度の向きが位置ベクトルと垂直な時に最小である。 回転&運動座標系のベクトル 運動座標系に対する運動方程式の計算の仕方がわからないので、お知恵をお借りしたく思います。ベクトルは大文字で示すことにさせてください。(ωもベクトル) 運動座標系 S' と慣性系 S があるとして、S'の原点の S系でのベクトルを R0 とし、S'系での質点の座標を R' とすると R=R0+R'でS系での座標があらわせ、 S系での速度は V= dR/dt = dR0/dt + dR'/dt となります。(ここまでは問題なし) S'系の単位ベクトル(I', J', K')を使うと、 dR'/dt = DR'/dt + ω x R' --- (1) となります。ただし、R'=x'I'+y'J'+z'K' としたとき DR'/dt= dx'/dt I' + dy'/dt J' + dz'/dt K' とします。 (ここまではたぶん理解できていると思います。もし、間違えていたらご指摘ください。) ここからがよくわからないのですが、 加速度ですが、 dV/dt = d^2R0/dt^2 + d^2R'/dt^2 より、後半の d^2 R'/d t^2 = D/dt(dR'/dt) + ω x dR'/dt ----(2) = D/dt(DR'/dt + ω x R') + ω x (DR'/dt + ω x R') ---- (3) = D^2 R'/dt^2 + 2ω x DR'/dt + ω x (ω x R') + Dω/dt x R' ----(4) (dω/dt = Dω/dt + ω x ω および ω x ω = 0 より) 以上より、 F = m dV / dt = m d^2R0/dt^2 + m d^2R'/dt^2 とすると m D^2 R'/dt^2 = m d^2 R'/d t^2 - 2 m ω x DR'/dt - m ω x (ω x R') - m Dω/dt x R' ----(5) = F - m d^2R0/dt^2 - 2 m (ω x DR'/dt) - m ω x (ω x R') - m dω/dt x R' とのことですが、(2) - (4) のあたりがよくわかりません。おしえていただけると助かります。 まず (2) は (1)にd/dt をかけたのだと思いますが、 d/dt (DR'/dt) -> D/dt(dR'/dt) になって、 d/dt (ω x R')-> ω x dR'/dt ということでよろしいのでしょうか? また、(4) は (3) を一つずつ、 D/dt(DR'/dt + ω x R') -> D^2R'/dt + Dω/dt x R' + ω x DR'/dt ω x (DR'/dt + ω x R') -> ω x DR'/dt + ω x (ω x R') としたのだと思いますが、 Dω/dt x R' は ω x R'とはならないでしょうか。 (d/dt (ω x R')-> ω x dR'/dtとは対照的に) よろしくお願いいたします。 注目のQ&A 「You」や「I」が入った曲といえば? 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補足
大変わかりにくくてすみません。もう一度質問します。 球体が三次元で回転するとします。 球体は水平回転、垂直回転、回旋といろいろの運動があります。 その球体の位置を角速度ベクトル(Ω)として求めるときの式です。 回転ベクトルをEとすると、 E=tan(p/2)n nは回転軸 pはそのn軸回転の角度 で表され、このEから角速度ベクトル(Ω)を次式で求めます。 Ω=2/(dE/dt+ExdE/dt)/(1+|E|^2) またまたわかりにくいかもしれませんが、よろしくお願いします。