運動の接法ベクトル表示
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2013.01.11____


  接法ベクトル表示( 私によるネーミング )とは、 静止座標系において、 速度 ・ 加速度 ・ 力 などのベクトルを、 移動している質点の軌道の接線方向( 質点の速度の向き )の単位ベクトル( それを とします )と 質点の軌道の法線方向の単位ベクトル( それを とします )とを用いて表示するものです。 質点が軌道上の点 に存在している瞬間の は下図のようになります。

    

静止座標系において、 質点の時刻 における位置ベクトルを次のようにします。
    
静止座標系において、 質点の時刻 における速度は次のようになります。
    
静止座標系において、 質点の時刻 における加速度は次のようになります。
    


さて、 静止座標系における質点の加速度は、 次のようにしても求めることができます。
    
これから について考えます。 時刻 における とします。

における質点の軌道の曲率半径を とします。
    

すると、 次の式が成り立ちます。
    
    
    
曲率円の の間の弧の長さを とすると、
    
    

  したがって、 静止座標系における接法ベクトル表示による質点の加速度は、 次のようになります。 この式は大変便利ですので、 記憶されることをお勧めします。
  以上をまとめますと、 静止座標系における質点の速度および加速度は、 それぞれ次のように2とおりの方法で表すことができることが解ります。
    

    

  接法ベクトル表示における加速度では、 接線方向の成分が速度の大きさ ( 速さ ) の変化量を表し、 法線方向の成分が速度の向きの変化量を表しています