벡터의 외적(토크)에 대해서....

벡터의 외적(토크)에 대해서....

작성일 2017.07.06댓글 1건
    게시물 수정 , 삭제는 로그인 필요

천문학을 배우는 학생입니다.

기초적인 건데 물어볼 사람이 없네요....

외적의 방향은 왜 오른 나사 법칙을 따르나요? (반대는 안 되나요?)

토크의 경우 아무리 생각해봐도 두 벡터에 수직인 벡터는 실제로 없어 보이거든요

예를들어, 회전목마를 탄다고해서 회전력 방향을 향하는 힘은 안생기는데... 

이게 그냥 연산을 위해 약속하고 넘어가는 건지 실제로 이유가 있어서 오른 나사 법칙을 따르는 건지 도통 모르겠습니다!




profile_image 익명 작성일 -

오른손법칙 자체는 하나의 약속입니다. 왼손법칙이라고 부를만한 것을 고려해도 그에 따른 변화만 모두 수정해주면 문제가 없습니다. 왜냐하면 외적의 방향은 본질적으로 좌표계의 방향을 결정하는 데서 나오는데, 이 방향 (즉 z축이 xy축에 대해 오른손 법칙을 따르는 방향으로 뻗어나가는 것) 은 실제 물리적인 방향이 아니라 일종의 관습입니다. 그러니 다른 관습을 따른다 해도 그에 맞게 모두 방향을 재설정해주면 물리적으로 동등한 이론을 얻습니다. 물론 다른 사람들이랑 대화가 안 통하게 된다는 사소한(?) 단점을 덤으로 얻겠지요.



한편 회전력에서 외적이 등장하는 이유를 제대로 알려면 약간의 수학적 지식을 갖고 있으면 좋습니다. 선형운동에서 위치 r(t)는 3차원 공간 R^3 안의 곡선을 그리며, 이를 시간에 대해 미분하면 r'(t)는 각 지점 r(t)에서의 '속도벡터'가 나옵니다.

반면 회전운동의 경우 위치 r(t)는 원래 위치 r(t_0)가 회전한 결과로 나타납니다. 따라서 일반성을 잃지 않고 원점 0가 회전의 중심이라고 할 경우, 시간 t_1에서 t_2까지의 물체의 위치의 변화는 적당한 회전행렬 M = M(t_1, t_2)에 대하여



과 같이 적을 수 있습니다. 그러면 r(t)의 미분은


와 같이 적을 수 있는데, 이때 미분 A(t) = (M(t, t+dt) - I) / dt 가 반대칭행렬(skew-symmetric matrix)로 주어짐을 보일 수 있습니다. 여기까지 왔다면 '음, 그래서 뭐?'라고 할 수 있겠는데요, 3차원에서 반대칭행렬을 곱하는 연산은 강제로 외적으로 뜯어고칠 수 있습니다! 따라서 지금까지의 과정을 짧게 요약하자면 다음과 같습니다: '회전하는 벡터를 미분하면 외적이 튀어나온다'. 그리고 이 반대칭행렬 A(t)를 곱하는 연산을 강제로 외적으로 뜯어고치면, 어떤 벡터 ω(t)에 대하여



와 같이 적을 수 있습니다. 그리고 예상하신 바와 같이 ω(t)는 물리적으로 각속도벡터가 됩니다. 이러한 이유 때문에 회전운동에서 외적이 등장하는 것이지요. 또한 각속도라는 벡터적인 개념이 사실은 행렬에서 나온 만큼, 각속도의 방향 자체가 (비록 회전축의 방향이라는 해석이 있긴 하지만) 선형운동에서처럼 물리적인 방향에 직접 대응되지는 않습니다. 그리고 이는 토크에서도 마찬가지입니다.

벡터의 외적(토크)에 대해서....

... 외적의 방향은 왜 오른 나사 법칙을 따르나요? (반대는 안 되나요?) 토크의 경우 아무리 생각해봐도 두 벡터에 수직인 벡터는 실제로 없어 보이거든요 예를들어...

벡터의 외적

... 나오는가에 대해서는 이해하셨다고 했으니까요. 설명을 줄이고요. (제가 답변 쓴 글 중 벡터의 내적에 관련된 것도 있으니 필요하시면 참조하세요.) 외적...

토크(Torque)에 대해서

토크대해서 궁금한 점이 많은데요. 우선 토크의 정의에 대해서 질문 드리고 싶습니다.... 또 벡터의 외적이라는 계산이 들어가는데, 토크를 기술하기 위해 벡터의 외적이...

각속도 벡터~

... 덤으로 벡터의 외적을 어떻게 하는지는 아는데요.... 왜... "각의 회전"에 대해서 결합법칙이 성립하는 지... 수리물리학에서 "각운동량, 토크 , 각속도와 넓이 등의 문제"를...

토크는 힘인가요?

최근에 토크(torque)에 대해서 공부하고 있는데요. 토크가 잘... 때 외적을 도입한다면 오른손법칙에 의해 회전방향도 정의가 가능하게 됩니다. 역으로 토크벡터의 방향은...

토크공식에대해서

토크= r X F 잖아요, 근데 왜r X F인거죠? F X r은 안되나요? 즉, r이 F보다 먼저온이유가 궁금해요. 벡터의 외적은 교환법칙이 성립하지 않습니다. r X F=- F X r입니다. 즉...

벡터대해서 질문합니다.

... 방법을 벡터곱 또는 외적이라고 합니다. 1. 벡터벡터를 곱해서 스칼라가 되게... 되고 벡터를 만들면 토크(돌림힘)이 됩니다. 2. 모든 물리량은 스칼라와 벡터 중...

토크(torque)에 대해서 질문드립니다

... 토크가 힘 x 거리 로 표현되는 벡터량인건 알겠습니다만 도대체 이놈의 토크가... ㅠㅠㅠㅠ (저질공부) 예를 들어서 물체에 시계방향으로 회전하는 힘을 줫을때는 외적에...