本授業の目的およびねらい

物理法則、特に「力学の法則」を理解する。そして、法則を現実の問題に適用し、自分で計算できるようにする。それを通して、合理的に自然現象をとらえる姿勢を身につける。

授業の工夫

力学法則から出てくる結論には、思い当たるものと、意外な結果もある。それは、我々が多くの前提条件を当然と思って生活しているためである。授業では力学法則を多くの実例に適用することにより、実感を持って理解できるように工夫している。 例えば、「摩擦」はエネルギーを損失させる「悪役」と思われているが、もし全く無かったらどうなるか？　諸君は足が滑って、大学に登校すらできないであろう。このように、具体的に法則と前提条件を検討して、理解を深める。 例として、現実の事故に法則を適用し、危険性を定量的に評価し、安全対策がいかにあるべきか考える。計算から、「何となく危なそう」ではなく「頭蓋骨が潰れる」くらい危険なことも結論される。逆に、どこをどれだけ改善すれば安全なのか、合理的に判断できる。 また、全く関連がなさそうな現象の関係も明らかにしていく。例えば、気体の「圧力」の起源は何か？　テニスの「壁打ち」と気体の圧力の起源が同じとは、なかなか思いつかないだろう。圧力は、分子と壁との衝突から力学法則により説明できる。

複雑な生命現象も、化学反応も物理法則を無視することは許されない。表には見え難くても、しっかり成り立っている。そこでは、多数の粒子が関わる「熱力学・統計力学」が必要になるが、その重要な概念も一部取り上げる。例として、「乱雑さ」とエネルギーの関係を、ここで紹介している。 法則を直感的に理解するために、授業中に机上で簡便な実験をいくつか体験してもらう予定である。その一部を、ここで紹介する。参考にして考察してほしい。