力学基礎1に引き続き、本講義では加速度運動をする座標系での運動や、質点系(相互作用をする質点の集り)と剛体(質点間の距離が一定の質点系)の力学を講義する。
力学は自然を理解するための重要な学問である。また、専門コースでの理学、工学、生命科学を学ぶ上での必須の基礎学問である。本講義では力学基礎1で修得した質点の力学を基に、加速度運動をする座標系での運動を学ぶ。また、質点系の力学を学び、これを基に剛体の運動とつり合いを学ぶことで、未知の力学問題を解く能力を養う。
本講義を履修することにより、以下の知識と能力を修得する。
1) 加速度運動をする座標系での慣性力(コリオリ力、遠心力)の概念を正しく理解し、数学的に表現できる。
2) 質点系の運動量、角運動量、エネルギーなどの概念、剛体の質量中心、慣性モーメントをなどの概念を正しく理解し、数学的に表現できる。
3) 剛体の運動とつり合いを正しく理解し、実際の力学問題に応用できる。
4) 方程式で表された力学問題の数学的解を求めることができ、数学的解が意味する物理を説明できる。
座標変換、慣性力、コリオリ力、遠心力、相対座標、換算質量、重心、運動量、角運動量、エネルギー、剛体、つり合い、慣性モーメント
✔ 専門力 | 教養力 | コミュニケーション力 | 展開力(探究力又は設定力) | ✔ 展開力(実践力又は解決力) |
各講義の2/3は基礎的内容について、残る1/3は発展的応用的内容についての解説に充てる。講義内容の確実な理解と応用力を養うために、講義内容に関連した演習問題を物理学演習第一で出題する。
授業計画 | 課題 | |
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第1回 | 惑星の運動(I) 平面極座標での速度と加速度、ケプラーの法則、万有引力の法則 | 平面極座標での速度と加速度、ケプラーの法則、万有引力の法則を説明する。 |
第2回 | 惑星の運動(II) 惑星の運動の記述、有効ポテンシャル、球形の物体によるポテンシャル | 惑星の軌道と周期をもとめる。有効ポテンシャルを導く。 |
第3回 | 質点系の力学(I) 2体問題、重心、相対座標 | 質点の2体系の運動方程式を解く。 |
第4回 | 質点系の力学(II) 質点系の運動量、角運動量、エネルギー | 質点系の運動量、角運動量、エネルギーを説明出来る。 |
第5回 | 剛体の力学(I) 剛体の運動方程式、つり合い | 剛体の運動方程式とつり合いの条件を求める |
第6回 | 剛体の力学(II) 固定軸をもつ剛体の運動、慣性モーメント、物理振子 | 剛体の慣性モーメントの定義と簡単な場合の計算、それを用いた回転運動の記述ができる。 |
第7回 | 座標系と慣性力 慣性系、加速度座標系、慣性力、コリオリカ | 加速度座標系での運動方程式が慣性系と異なることが説明できる。 |
第8回 | 熱,波動,エネルギーの利用 | 熱と波動とエネルギーの利用について力学との関連性を説明する。 |
江間健司 「力学」(培風館)
岡真「質点系の力学」(共立出版)
到達度を期末試験により評価する。
履修の条件を設けない。