物体が外部からの相互作用なしで回転を始める場合に関して、運動量保存則や角運動量保存則、エネルギー保存則の適用について考えます。特に、回転を始める際に運動量の総和がゼロであることと、エネルギーや角運動量の保存についての違いに焦点を当てます。
運動量保存則と角運動量保存則の理解
運動量保存則は、外部からの力が働いていない場合、物体の運動量が時間とともに変化しないことを意味します。回転していない球体において、初めは運動量の総和がゼロであり、外的力が加わらなければ、回転が始まっても運動量はゼロのまま維持されることになります。
一方、角運動量保存則では、外的トルクが働かない限り、物体の角運動量が一定に保たれるとされています。回転を始めるとき、角運動量がゼロから別の値に変化する場合、エネルギーの形態や保存則の適用を再考する必要があります。
物体が勝手に回転を始めるシナリオ
仮に、静止していた球体が自発的に回転を始めるシナリオを考えた場合、その物理的メカニズムには必ず何らかの外的力が介在していると考えるべきです。理論的には外的相互作用がなければ、物体はそのまま静止し続けますが、仮に回転を始める状況を想定した場合、運動量保存則は適用可能であり、回転後の運動量もゼロでなければなりません。
エネルギー保存則と角運動量保存則の違い
質問者が指摘したように、エネルギー保存則や角運動量保存則は必ずしも成立しません。特に、回転を始める過程でのエネルギーの変換（例：内部エネルギーの増加や熱エネルギー）により、エネルギーの保存が成立しない場合があります。また、角運動量の保存は物体が回転軸に対して対称的である場合にのみ成立しますが、この状況が成り立つ場合でも、エネルギーの増減は考慮する必要があります。
結論
外部からの力がない場合、運動量保存則は成立しますが、角運動量保存則とエネルギー保存則は必ずしも成立しない場合があります。回転を始めるメカニズムがどのように動作しているかを詳細に分析し、保存則の適用範囲を正しく理解することが重要です。物理学におけるこれらの保存則は理論的に成立する場合でも、実際の状況では多くの要因が影響を与えることを認識する必要があります。
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