授業科目名 年度 学期 開講曜日・時限 学部・研究科 全担当教員 単位数
31644:力学入門 (8T) § 31645:物理科学1(8X) 2023 春セメスター 金4 理工学部 池田 研介 2

キャンパス

BKC

授業施設

コラーニングⅠ 302号教室

授業で利用する言語

日本語

授業の概要と方法

物理学の一分野「力学」を学びます。「力学」では、身近な物体の運動に注目し、それをどのように表したら良いか、それがどのように起こるかを考えます。「力学」は理工系の学問の基礎となります。
この授業では,今後の学習の土台となる「基礎的な力学の考え方」(運動を表す量,力,エネルギー,運動量などの基本概念の意味,物理量の間の関係の理解,およびそれらのベクトル・関数・微分・積分・微分方程式などによる定式化/数学とのつながり等)を学びます.
高校物理と重なる部分が多いですが、より深く、より広く、より一般性のある形で体系的な力学を学びます。

受講生の到達目標

物体が動くこと: 落ちる、転がる、止まるといった日常茶飯に体験する簡単な力学現象をモデル
にして、力学運動なるものを説明し納得し予測する系統的方法を身に付ける事。運動方程式
という微分的な見方とエネルギー仕事概念を中心にした積分的見方を学ぶ事を目標とする。
点(質点)の運動にはじまり、広がりを持つ剛体の簡単な回転運動まで考察する。

事前に履修しておくことが望まれる科目

基礎専門科目の「数学」を並行して履修のこと。
「力学入門演習」でより理解を深めることを勧めます。
この科目に関連する科目として、「熱力学入門」「振動波動入門」「電磁気学入門」を履修する事を勧めます。

授業スケジュール

授業回数/
担当教員(複数担当の場合)
テーマ
キーワード・文献・補足事項等

 1 1次元の運動、2次元の運動

力学の基本概念である加速度、速度の意味、ベクトル概念を復習する。

2 1次元の運動、2次元の運動

 力学の基本概念である加速度、速度を微分概念とむすびつける

3 運動の法則とその応用 1

運動の法則中最も重要と言われる慣性の法則の意味を議論し、そして慣性を破る力と加速度の関係からニュートンの運動の法則を論ずる。

4 運動の法則とその応用 2

運動の法則の「決定性」の意味、第二法則の微分方程式による数学的記述を議論する。座標のとり方によって発生する見かけの力(慣性力)に関しても議論

 5自由運動、円運動、単振動

運動の法則の応用として、もっとも簡単な運動である自由運動、そして簡単な力とそれが引き起こす規則的運動を紹介する

 6 仕事とエネルギー

仕事とその対になるエネルギーという物理量を導入しマサツと「非可逆性」について議論し、実例として自動車の運動や燃費などを考察する。

7 位置エネルギーとエネルギー保存則

理想的な力としての保存力を導入し運動の法則がエネルギー仕事定理を導く事を示す

 8 運動量と力積、衝突

運動の法則を運動量と力積のバランスという見方で見直し瞬間的撃力が作用する衝突の問題を考えエネルギー保存を再考する。

9 質量中心と質点系の運動

内力で相互作用するたくさんの粒子に対し系全体の位置である質量中心を導入し、その運動法則を導き、広がりを持つ物体のモデルとして最も簡単な「剛体」の並進運動に応用する。

10 剛体の運動1:角運動量、慣性モーメント

剛体は並進すると同時に回転する。回転に関係した運動量として角運動量を導入し回転運動の「質量」である慣性モーメントを導入する。

 11 剛体の運動

回転のエネルギーと固定軸まわりの運動回転のエネルギーを導入し、剛体運動で最も簡単な固定した回転軸周りの回転運動を記述する法則を議論する。
簡単な剛体運動の実例を考察し、並進、回転が混成した運動を議論する。

12 講義全体の復習と総括

講義の学修達成度を確認する。

授業実施形態

BCP停止の場合は、BCPレベル0~2の記載どおりに授業が行われます。
During the suspension period of BCP, classes will be as described in BCP levels 0-2.

【BCPレベル1の場合 / In the case of BCP level 1】
全15回対面授業とする
【BCPレベル2の場合 / In the case of BCP level 2】
全15回対面授業とする
【BCPレベル3~4の場合 / In the case of BCP level 3-4】
全15回オンライン授業とする。Zoom配信を利用しリアルタイム配信を行う。

Zoom講義は殆ど意味がない。コロナは終焉に向かいつつあり、できるだけ
対面で講義を行います。

授業外学習の指示

時間の関係上、授業で取り上げられる内容は非常に限られています。
指定した教科書や推薦する参考書や配布する資料を参考にしたり、
自ら適切な本を探すなりして、説明を読み込み、関連問題を解いて、自ら学習を進めてください。
各週の授業内容で分からないことは、その週の内に解決するようにしましょう。質問を歓迎します。

成績評価方法

種別 割合(%) 評価基準等
定期試験(筆記) 0

レポート試験
(統一締切日を締切とするレポート)
0

上記以外の試験・レポート、平常点評価
(日常的な授業における取組状況の評価)
100

適宜、講義とmanaba+Rで出す宿題を提出すること。宿題の成果と最終講義日に実施する学力確認テストをもとに成績を評価する。詳細は講義時に示す。

成績評価方法(備考)

(1)講義に重要な内容が含まれる場合、あるいはそれに関連して講義実験を行う場合には
   必ず宿題を出します。その解答を提出してもうらう。
(2)最終講義日には学んだ物理の考え方がどれほど習得されたのかを確認するテストを行う。
(1)(2)の合計で評価する。(1)(2)が占める割合は概ね半分づつと考えて欲しい。。

受講および研究に関するアドバイス

「力学」を始めとする物理学は、ばらばらな事柄の寄せ集めではなく、少数の基本原理から私たちの身の回りの多くの事柄の説明/予測を可能とする学問です。身近な物体の運動を解析して欲しい情報を得る上で、闇雲な公式/数値の当てはめではなく、戦略的に、論理を繋げて、自らが納得できる答えを得ることができると共に、他の人にも説明できる力を身につけてください。
高校物理の知識に少し大学で学ぶ知識があれば、身の回りで起きる物理現象の多くをカラダで理解できると思うのです。
この講義ではいたずらに抽象的数学的な力学を学ぶのではなく、実際の日常体験--ものが落ちる、ものが回る、ものが止まるといった現象--をモデルにして、それを説明し納得する方法を微分的立場(運動方程式なるもの使う)と、それに逆の積分的立場(エネルギー、角運動量、運動量などを使う)を交えて考察します。僕もそういう講義になるように努めるつもりですが、皆さんも是非、日常のありふれた力学現象をメージしつつこの講義を受けてください。




教科書

書名 著者 出版社 ISBNコード 備考
科学者と技術者のための物理学Ia R.A.サーウェイ 学術図書出版社 4873610745

教科書(使用頻度、その他補足)

授業は上記教科書の内容・順番そのままではありません。授業で扱う内容に近いものということと、一つの科目をしっかりと学習するためには最低1冊は手元に置く本が必要ということで、教科書を指定しています。各回の授業内容の理解を深めるために、上記教科書の関連部分の説明を読んでください。

参考書

書名 著者 出版社 ISBNコード 備考
物理てならひ帖 大坂、土田、濱地、俵口、前 学術図書出版 「力学入門演習」で用いる問題集

参考書(使用頻度、その他補足)

参考になるwwwページ

教育系YouTuber「よびのり」による大学の力学の解説動画です:
https://yobinori.jp/video/mechanics.html

授業内外における学生・教員間のコミュニケーションの方法

manaba+R,その他(教員より別途指示)

備考


【科目ナンバリング・カリキュラムマップはこちらから/Click here to see the Curriculum-Map and Course-Numbering】
URL:https://secure.ritsumei.ac.jp/students/pathways-future/course/curriculum.html/