일반화 운동량

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라그랑주 역학에서, 일반화 운동량(一般化運動量, 영어: generalized momentum)은 역학계가 움직이는 정도를 나타내는 물리량으로, 라그랑지언일반화 속도에 대한 편미분이다. 오일러-라그랑주 방정식에 따라, 일반화 힘의 작용에 의해 바뀐다. 뉴턴 역학에서의 운동량각운동량은 일반화 운동량의 특수한 경우다.

정의[편집]

일반화 좌표 에 대응하는 일반화 운동량 라그랑지언 일반화 속도 에 대한 편미분이다. 즉,

.

각 좌표 에 대하여 이에 대응하는 일반화 운동량 가 존재한다.

일반화 운동량 보존의 법칙[편집]

일반화 운동량 또한 운동량처럼 어느 조건이 갖추어지면 운동 상수가 된다. 만약, 특정 일반화 좌표 순환 좌표, 즉,

라면 그에 해당하는 일반화 운동량 가 보존되게 된다. 이는 오일러-라그랑주 방정식을 통해 쉽게 확인할 수 있다. 먼저 오일러-라그랑주 방정식을 일반화 운동량을 통하여 써 보면

이다. 그런데 순환 좌표이므로,

이 되어 일반화 운동량 운동 상수가 됨을 알 수 있다.

운동량과 각운동량과의 관계[편집]

특정 일반화 좌표에선 일반화 운동량이 뉴턴 역학운동량각운동량이 됨을 쉽게 확인할 수 있다. 예를 들어, 입자 하나가 있는 에 대해 데카르트 좌표를 일반화 좌표로 쓰면 라그랑지언은 다음과 같아진다.

가 된다. 일반화 운동량을 구해보면

가 되어 선운동량을 얻을 수 있다.

이번엔 2차원 평면 상에서 원운동을 하는 입자로 이루어진 계를 생각하자. 이 계를 나타내는 라그랑지언은 다음과 같다.

일반화 좌표 에 대한 일반화 운동량을 구해보면

가 되어, 뉴턴 역학각운동량임을 확인할 수 있다.

같이 보기[편집]