エネルギー軸と時間軸は平行?(単振動の計算より)
高校の時にやった物理の単振動の範囲で、ちょっと計算してみて、疑問がでてきたので質問します。
私は理系の学生ではないので、感覚的な話になってしまうかと思いますが、どうかお付き合いください。
基本的な単振動を考えます。
バネ定数がkのバネに質量mの物体をつけ、単振動させます。このとき、運動方向には単振動によって生じる力しか働きません。またその他の力(摩擦力、空気抵抗など)は一切考えません。
運動方向にx軸をとり、自然長のときのxの値を0とし、xでの速度をvとします。(1次元の運動です。)
プライムは時間微分を表わします。
全エネルギーをEとして、エネルギー保存則より、
(1/2)mv^2+(1/2)kx^2=E
式変形をしていきます。
mv'=-kxですから、kx=-mv'より、
(1/2)mvx'-(1/2)mv'x=E
すると、外積の形を利用して、
(1/2) (mv,x,0)×(mv',x',0)=(0,0,E)
mv=p(運動量)として、
(1/2) (p,x,0)×(p',x',0)=(0,0,E)
のようになるかと思います。
横軸をp,縦軸をxとした(p,x)平面を考えてると(縦軸と横軸とで単位?が違う直交座標です。)、点(p,x)の軌道は楕円軌道を描くと思います。そして、点(p',x')の軌道も楕円軌道を描く思います。そして、原点(0,0)、点(p,x)、点(p',x')を結ぶ三角形の面積がEの大きさであり、Eの方向は原点(0,0)から(p,x)平面に垂直の方向だと思います。
ここで、(p,x)平面に対して、時間軸を考えると、原点(0,0)から(p,x)平面に垂直の方向が一番自然な感じがするんです。(感覚的な話で申し訳ありません。)時間軸も考えると、点(p,x)が楕円のらせんを描くような感じです。
そう考えると、エネルギー軸と、時間軸が平行であり、関係があるような気がするのですが、エネルギーと時間には何か関係があるのでしょうか?
教えてください。よろしくお願いします。
お礼
間違えに気づかずすみませんでした... 途中式とても分かり易かったです。ご回答ありがとうございました。