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物質中のミュオンの存在状態①~ミュオンは高感度の水素シミュレーター~

◉物質中のミュオンは不純物であり、不純物としての役割に注目が集まっている水素の状態を調べるのに効果的であります。

 

金属中の水素の研究をはじめ、物質科学においては欠陥中心、不純物としての「水素」が重要な役割を果たすと考えられるような事例がたくさんあります。

だから「水素」をもっと調べたい。

 

しかし、

 

この世の元素において「水素」ほどとらえにくい元素はありません。

いわんや少量の場合はですね。

 

ここで、ミュオンの登場であります。

物質中に注入されたミュオンはその物質にとっては異物(格子欠陥、不純物)であります。

すなわち、注目されている不純物としての「水素」と物質中のミュオンは同じ境遇にあるわけであります。

 

ですから、物質中でのミュオンの存在状態を知ることで、水素の状態を調べることができるわけであります。

 

科学者たちにとってはミュオンの存在状態そのものが興味ある研究対象なわけですね。

放射線(量子ビーム)としてのミュオン

放射線ビームとしてのミュオンの物質との関係は、X線や中性子のそれとは大きく異なります。

 

ミュオンは物質を調べるのに用いられることがあります。

その方法の概要は、

①ミュオンをスピン偏極したビームとして取り出す

②それを物質中に注入する

③物質中で崩壊したミュオンから放出される高エネルギーのβ線を観測する

という流れ。

 

これはさながら放射線を利用した解析に似ている。

が、

非なるものであります。

 

物質科学で用いられる量子ビームの代表例は

⑴X線

中性子

であります。

これらは回折現象を利用しており、ビーム照射後に再び物質から出てくる自身を観測することでその役割を果たせます。

 

しかし前途したように、ミュオンの場合は物質中で崩壊させなければならないため、ミュオン自身が観測されることはありません。

ミュオンの崩壊によって発生するベータ線が観測対象となります。

角運動量⑤~質点系の運動~

◉質点系の回転運動の式:『/dt=

           ※=0のとき角運動量保存則が成り立つ。

 

・質量中心(重心)の運動と重心に相対的な運動

 

質点系の運動は

⇒①重心の並進運動

 ②回転運動      の合成であると考えられます。

 

質点系の角運動量

→①重心の角運動量

 ②重心に対する相対的な角運動量  に分けることができます。

 

今回は結局何が言いたかったのかわからない。

角運動量④~角運動量保存則~

◉力のモーメントが0のとき、角運動量保存則が成り立つ。

 

【復習】

角運動量とは

→『どんくらいの勢いで回ってるか』『ビュンビュン具合』を表す量。

 

で、

大きさは

→『運動量×支点からの距離』⇔『支点からの糸が長いほど大きくなる

              ↑感覚的にわかる?

で、

向きは

→『支点から作用点までの向きから運動量の向きに右ねじを回したときに進む方向

 

力のモーメントとは

→『物体を回転させようとする能力

 

でした。

 

で、

今日のお話は、この力のモーメントが0である場合は、角運動量は常に一定となるというお話です。

 

では、力のモーメントが0になるときとはどのようなときでしょうか?

ときに、力のモーメント()は

×

で表されました。

すなわち、が平行であればは0となります。

 

したがって、が中心力となって支点方向に向く場合に力のモーメントは0となり、角運動量保存則が成り立ちます。

 

角運動量③~力のモーメントの導出~

角運動量の時間変化が力のモーメント

 

【復習】

角運動量L):L×

で表され、『回転運動の勢いを表す量』であった。

 

この角運動量を時間微分する(時間変化でみる)と、

(右辺)=d/dt×+×d/dt

    =d/dt×m+×d/dt

    =d/dt×md/dt+×d/dt

ここで、第1項は水平どうしのベクトルの積となり0となる。

したがって、

    =×d/dt

さらに、ここで、

/dt=md/dt

     =m

     =F      より、

    =×

となり、これが力のモーメント()であります。

すなわち、

=dL/dt=×F

 

 

角運動量②~角運動量と力のモーメント~

角運動量は回転運動の勢いで、その時間変化が力のモーメント

 

【復習】

力のモーメント(N):N=rF

 

では、力のモーメントとは言葉でいうといったい何なのでしょうか?

 

力のモーメント

→『物体を回転させようとする能力

 

角運動量の定義:質量mの質点の運動量=mに、

        mの位置ベクトルを前からベクトル積(外積)した量

すなわち、角運動量L):L×m

              =×

 

すなわち、角運動量

     →距離と運動量の両方に垂直

      向き:距離から運動量の向きに右ねじを回したときに進む方向

 

Lを時間tについて微分したものが、力のモーメントになります。

 

その話はまた明日。