ローレンツ力(三次元)webシミュレーション-螺旋運動や円運動が観察できる！

三次元空間でのローレンツ力のシミュレーションをブラウザ上で行い、円運動や螺旋運動が観察できるサイトツールです。初速や発射角度を調整できます。

上の埋め込み内でも使えますが、うまく動かない・大きなページで使いたいというときは、元の3次元でのローレンツ力シミュレーションページへ（新しいタブで開きます）。

ローレンツ力とは？

ローレンツ力とは、荷電粒子が磁場内を移動するときに受ける力です。
この力は次の式で表されます： F=q⋅(v×B)

• F：ローレンツ力（ベクトル）
• q：粒子の電荷
• v：粒子の速度ベクトル
• B：磁場ベクトル
• ×：ベクトルの外積

この力の特徴は以下の通りです：

• 速度と磁場の両方に垂直な方向に働く
• その結果、粒子の速さは変わらず、進行方向が変化する

2次元では円運動

もし粒子が磁場に垂直な方向にのみ初速度を持っている場合、ローレンツ力によって等速円運動になります。
これは、高校物理などでよく扱われる基本パターンです。

3次元ではらせん運動になる

もし粒子が磁場と平行な成分の速度も持っていれば、どうなるでしょうか？
その場合、磁場に沿った成分は変化せずに保たれますが、垂直成分は回転し続けるため、結果としてらせん運動になります。
このシミュレーションではその様子を3Dで確認できます。

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ツールの使い方

このローレンツ力シミュレーションでは、次のようなUIが用意されています。

① 発射角度スライダー

• 0°〜90°までの角度を設定できます。
• 0°：磁場と垂直（XZ平面内での運動）→ 円運動
• 90°：磁場と平行 → 直進運動
• 中間角度：らせん運動

② 初速度スライダー

• 粒子の発射速度を調整します（0〜6）。

③ 発射ボタン

• 設定された角度・速度で粒子を初期位置から発射します。

④ リセットボタン

• 粒子と軌跡をリセットして、再度設定し直せます。

⑤ 表示内容

• 粒子の現在位置（赤い球体）
• 軌跡（赤い線）
• 空間軸（X=赤、Y=緑、Z=青）
• 磁場の方向（四隅に表示された下向きの青い矢印）

⑥ カメラ操作

• マウスでドラッグすると3D空間を自由に回転・観察できます（orbitControl）

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まとめ

• ローレンツ力は「磁場 × 速度」で決まり、粒子の進行方向を曲げるが速さは変えない
• 磁場と垂直な運動では 円運動
• 磁場と平行な速度成分があると らせん運動
• 角度・速度を調整してさまざまな軌道を観察できる
• 3D空間で視覚的に理解できるように設計されている

このシミュレーションでは、ローレンツ力がどのように荷電粒子の軌道に影響するのかを、視覚的にわかりやすく確認できます。
特に、「回転運動」と「らせん運動」の違いが明確に見える点がポイントです。