質問: 自由度とは 僕の持っている本にはこのような記述があります 「一般に、運動の書く自由度あたり、平均としてkt/2のエネルギーが 分配されることを示している」 そもそも「自由度」ってどのように決められているのでしょうか? 「窒素(100度~0度)の運動の自由度は3(並進)+2(回転)=5」 という問題の解答を見ても 何故回転が自由度2なのかピンときません。 図で分かるように教えていただけませんか? できれば、何か自由度が6,7,8,9の物質の例を挙げて などでもちゃんと適用できる例を示してほしいです (なお、僕の持っている本とは、サイエンス社 「演習物理化学」です)
回答: #3のkenzouです。 運動方程式を立てる場合、その方程式がスッキリ簡潔に書けるような座標系を選びますね(←適当な力学のテキストを参照)。回転運動の場合、回転軸はある点を通る3本の直交した軸を選べばよいわけですが、このある点というのは普通重心を選びます。このほうが運動方程式が簡単になるため。 >「もし、x軸に重なるようにおけば」 重心周りに回転させれば、 確かに分子の位置の見た目に変化が ないので回転の自由度を1だけ減らせそうですが 「」でくくった条件を満たすという根拠は どこにあるのでしょう? この根拠は上に書いたとおりです。直鎖上の分子の場合、重心を通る分子軸回りの回転は慣性モーメントは0(軸への距離が0で近似できる)となり、この結果回転の運動方程式が1つ減り、自由度が1つ減るということになります(力学のテキストを参照してよく考えてみてください)。 >物質によっては重心が結合上にないかもしれないし。 その場合、どこを軸とするのでしょう。 この場合も重心を通る回転軸を選べばよい。但し、回転の自由度は3で、その辺りは#2に書いた通りです。 >並進運動の自由度が2や1であるような物質、状態が思いつきません。 空間は3つの独立した併進運動方向をもっているので、自由度は3ですね。そこで自由度が2というのは平面運動に束縛されるような束縛条件下で実現されますが、himajin2003さんはなにか具体的なイメージでをお持ちなのでしょうか? >窒素の三重結合が振動しない 超短パルスレーザでポリジアセチレンの3重結合の振動のビートを観測したという報告↓ http://cobalt.chem.es.osaka-u.ac.jp/okada/whoiswho/uo99.html もありますからn2の3重結合が振動しないというのは?? (n2の3重結合振動は赤外吸収スペクトルを扱ったテキストに載っているかも知れません。一度探して見られてはいかがでしょうか)。