ライフルを発射すると、ライフルは反動で後退します。弾丸は前方に飛び、ライフルは後方に動きますが、全体の運動量は変わりません。これが運動量保存の法則です。外部からの力が働かない閉鎖系では、すべての物体の運動量は一定に保たれます。運動量は質量と速度の積であり、ベクトル量なので方向が重要になります。ビリヤードの球同士の衝突でも運動量は保存されます。ロケットが排気ガスを噴射する場合も運動量は保存されます。排気ガスは一方向に飛び、ロケットは反対方向に飛びます。

運動量保存則はニュートンの第三法則から導かれる。二つの物体が相互作用するとき、それらは同じ時間、互いに等しく反対向きの力を及ぼし合う。つまり、それらは等しく反対向きの衝撃を受け、その結果、運動量の変化も等しく反対向きになる。総運動量は変化しない。この法則は古典力学と相対論において成り立つ。相対論では、運動量は相対論的因子を含むように再定義される。また、運動量が演算子であり、保存則が空間の対称性と結びついている量子力学においても成り立つ。ノーターの定理は保存則と対称性を結びつけており、運動量保存則は空間がどこでも同じように見えるという事実から導かれる。

運動量保存の法則

• 定義。 閉鎖系における全運動量は一定です。
• ベクトル。 方向が重要です。
• ニュートンの第三法則。 等しい大きさで反対向きの力は運動量を保存する。
• ネーターの定理。 空間の対称性から保存則が導かれる。

運動量とエネルギーは同じものではありません。どちらも保存されますが、単位が異なる別の量です。