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16.10 : トルクの無い運動

トルクのない運動とは、外部トルクが作用していないときの空間内の剛体の動きを指します。 この動きは、宇宙空間のように外力や摩擦がない環境で観察できます。 たとえば、宇宙での火星の回転はトルクのない運動です。 火星は軸対称の天体です。つまり、それに沿って回転する対称軸 (z 軸と呼ばれます) があることを意味します。 回転座標系は、火星の質量中心が原点にあるように定義されます。 この配置により、x 軸と y 軸の周りの慣性モーメントが確実に等しくなります。

火星の動きをさらに分析するために、追加の慣性座標系が使用されます。 この慣性系では、正の Z 軸は火星の角運動量ベクトルと一致します。 回転フレームの正の Z 軸と角度シータ (θ) を形成します。 火星の角運動量は、単位ベクトルを使用して 2 つの異なる方法で表現できます。 これらの単位ベクトルの成分を等式化することにより、物体の角速度の方程式を導き出すことができます。 さらに、角速度を角変位で表し、その成分を再度等式化することにより、火星に住むトルクのない軸対称の剛体の運動方程式に到達します。

火星の運動全体を通して、その角運動量、歳差運動、自転、および角度 θ は一定のままです。 これらの定数は、火星のトルクの無い運動の興味深い力学を明らかにします。

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Torque free MotionRigid Body MovementExternal TorquesMars RotationAxisymmetric ObjectCenter Of MassMoments Of InertiaAngular Momentum VectorAngular VelocityAngular DisplacementPrecessionSpin Dynamics

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