本授業の目的およびねらい

自然科学の基礎学問である力学を、身近な現象の力学的解明を通じて学ぶことを指針とする。 物理学科進学を希望する学生および専門を学ぶ上で力学が重要となる学生を対象とする。 それのみならず、科学を学ぶ学生には必要な基礎である。 この「力学 I 」および後期に開講される「力学 II 」と合わせて、 ニュートン力学の基礎についてのまとまった内容を講義する。

履修条件あるいは関連する科目等

高校における物理学の履修を前提とする。 履修していない場合は、予習復習の一層の努力を期待する。

授業内容

(1) 数学的準備

基本的な概念や数学的な取り扱いの基礎から導入する。 具体的には、位置、速度、加速度などを通し、ベクトルや微分、微分方程式を復習し学ぶ。

(2) 運動の法則

ニュートンの３つの運動法則と、その簡単な具体的適用を学ぶ。 重力下での物体の運動、抵抗がある場合の雨滴の落下運動などである。 また、力学現象で重要な振動、特にその基礎である単振り子の 運動方程式とその特性を知る。　　　　　　　　　　

(3) 保存力とポテンシャル

大切な概念である運動量、角運動量、エネルギーを理解し、 力学現象の把握に重要なエネルギーや仕事、ポテンシャルと保存力、 さらには力学的エネルギー保存則を学ぶ。 力のポテンシャルを「場」という物理量として学ぶ。　　　　　　　　　　　

(4) 振動と波動

力学現象に頻繁に現れる周期運動「振動と波動」を学ぶ。 具体的には、自動ドアや地震現象として現れる強制振動、減衰振動、連成振動である。 また、川の表面の波、弦を伝わる波、音波、定常波などを 波動方程式を解くことにより解明する。　　　　

(5) 座標変換と見かけの力

慣性系、ガリレイの相対性原理、「慣性力」、さらに回転座標系を学ぶ。 回転座標系に伴うコリオリ力を理解し、台風の渦がなぜ左巻きか、 フーコーの振り子とは、潮汐力とは、を知る。

教科書

• 鈴村順三・大島隆義・大澤幸治　著　「理工学の基礎　力学」（培風館）

参考書

• 太田　信義　著　パリティー物理学コース「一般物理学（上）」(丸善)
• 長岡　洋介　著　「物理の基礎」（東京共学社）
• 和田　正信　著　「力学とは何か」（裳華房）
• A.P. フレンチ　著　「MIT物理　力学」（培風館）

スケジュール

成績評価

出席状況、中間試験や期末試験、演習レポート等により総合的に評価する。