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 | |
---|---|---|
第1回 | 2体問題(相対座標,換算質量) | 相対座標と換算質量の概念を説明せよ |
第2回 | 質点系の運動量と角運動量(質量中心,運動量保存則,角運動量保存則) | 質点系の質量中心、運動量、角運動量保存則の概念を説明せよ |
第3回 | 剛体の運動方程式と剛体のつり合い(力のモーメント,つり合いの条件) | 剛体の釣り合いの条件および運動方程式を記述せよ |
第4回 | 固定軸の周りの運動(慣性モーメント,剛体の角運動量とエネルギー,剛体振子) | 慣性モーメント、剛体の角運動量とエネルギーの概念を説明せよ |
第5回 | 慣性モーメントの計算方法(平行軸の定理,薄板の直交軸の定理) | 平行軸の定理と直交軸の定理の概念を説明せよ |
第6回 | 剛体の平面運動(転がり運動) | 剛体の平面運動の記述法について説明せよ |
第7回 | 加速度運動をする座標系での運動(慣性力,コリオリ力,遠心力) | 加速度運動をする座標系で運動を記述せよ. また、コリオリの力と遠心力の概念を説明せよ |
第8回 | 熱学,波動,エネルギーの利用 | カルノーサイクルを説明せよ。また,1次元の波動方程式を説明せよ。 |
「新基礎力学」(永田一清編、サイエンス社)およびプリント
講義中に紹介する。
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。