更新日= 201.5.24

力学基礎 Fundamentals of Mechanics (総合システム工学科)

物理学 I      Fundamental Physics I (その他の学科)

 対象=工学部1年生、科目種類=必修,前期, 4単位 

1.概要(授業の背景、目的、位置づけについてはシラバスに記載)

2.講義資料(シラバス記載内容と一部、順序変更あり)

  授業の計画や進捗状況等については九州工業大学・情報科学センターの学習支援システム(Moodle)上

にて通知する予定です。

 → http://t.el.kyutech.ac.jp/moodle/login/index.php 

基礎科目(総合システム工学科または各学科共通)をクリックする。

予習・復習など学習の仕方についてのアドバイス:

(1) まずは大まかに捉えるべし

(2) きちんと手順を踏んで覚えるべし

(3) 何度も失敗を繰り返し覚えるべし

    (池谷裕二「記憶力を強くする」講談社、ブルーバックス、2001. P.139.より)

各章の要約→例題→詳しい解説(*印ファイル)


物理学と科学技術(ガイダンス)

( 点) 理学と科学技術(ガイダンス)

速度と加速度(1)
 ( 点)速度と加速度(1)
例題:等加速度運動

例題:1次元における速度、加速度 


速度と加速度(2)
(要点)速度と加速度(2)―2,3次元系―
 

例題:2次元における速度、加速度 

 例題:物理学でベクトルを使う理由

 
運動の法則と力の法則(1)

[要約]力と運動の法則 
 解説:運動の法則と力の法則 

解説:ニュートンの業績 
例題:運動の法則の意味
 
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運動の法則と力の法則(2)
例題:3ブロックの運動
 
題2ブロックの運動 
:人工衛星の運動
 
:静止衛星の運動
 

力と運動(1)
( 点)微分方程式としての運動方程式
 

題:(真空中の)放物運動 

 
参考: 2つの物体が重力で接触する時間、宇宙の重力崩 壊時間の計算) 
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力と運動(2)
例題;速度に比例する抵抗力による運動 
例題;速度に比例する抵抗力と重力による運動
力と運動(3)
例題:油中 を落下する小球
例題:終端速度 
例題:速度の2乗に比例する空気抵抗の下のスカイダイビング 
例題:運動量変化と力積の応用(交通事故の際のシートベルトの効果)
 

単振動(1)

単振動(1)(要約) 

例題:単振動の一般解と特殊解1

例題:単振動一般特殊解2 

例題:単振動一般特殊解3

単振動(2)

例題:重力下の単振動の一般解と特殊解

例題;単振り子の運動方程式(極座標系) 

減衰振動と強制振動

減衰振動・強制振動(要約) 

(位相のずれに対する逆tan関数の定義については、物理のための数学@HP参照)
解説:強制振動と位相のずれ 

例題:減衰振動(1) 
例題:減衰振動(2)
 

例題:過減衰 
例題:強制振動(1)
 
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仕事とエネルギー(1) 
解説:仕事とエネルギー
     

例題:フックの力による仕事とエネルギー
 
例題:重力のポテンシャルと力学的エネルギー保存

仕事とエネルギー(2)
例題:安定点のまわりの微小振動1
 
例題:原子間力へのモース・ポテンシャルモデル
 


仕事とエネルギー(3) 2,3次元
数学的準備:微分係数, 微分 とその応用(入門) 
数学的準備:線積分とその応用(入門)
 
数学的準備:偏微分とその応用(入門) 

考:運動法則から導出される定理と保存則
 

例題:鉛直面内の円運動における力学的エネルギー保存 
例題:円直面内の円運動におけるたるまない条件 

例題:単振り子の運動方程式を力学的エネルギー保存か 導出すること 
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粒子の角運動量とトルク(1)
考:運動法則から導出される定理と保存則
 

題:角運動量の計算1
 
題:角運動量の計算2 

  題:角運動量の計算3 


粒子の角運動量とトルク(2)

例題:2次元運動における角運動量とトルク
 
例題:単振り子の運動方程式(角運動量からの導出)
 

粒子の角運動量とトルク(3)
例題:角運動量の保存 
題:人工衛星の角運動量と大気摩擦の効果
 
題:太陽系形成モデル
 
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2粒子系の重心運動と相対運動(1)
解説:2粒子系の力学 -はねかえり係数を用 いていない解説- 

例題:粒子交換による力のモデル  
例題:1次元系における衝突 

例題:原子炉における中性子の減速 


2粒子系の重心運動と相対運動(2)
 
例題:バネでつながれた2粒子系への別の粒子の衝突 
題:バネでつながれた2つの物体の運動 
  

多粒子系の重心,運動量と角運動量
解説:多粒子系の力、運動方程式、仕事・エネルギー、回転運動の方程
 
例題:多粒子系の重心まわりの、重力によるトルク
 

例題:銀河系の形状と重力(万有引力)の性質 

(教科書、 7章問B5)
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剛体のつりあい

(要約)剛体とそのつりあい条件 

:一様ではない剛体棒の全質量の重心  
例題:壁にかけた剛体棒のつりあい
 

例題:一端を床におかれた剛体棒のつりあい 
題:曲げた前腕のモデル1
  
題:曲げた前腕のモデル2   
例題:水平に曲げた背骨にかかる力1 

例題:水平に曲げた背骨にかかる力2 
例題:背骨にかかる力
 
例題:半球とおもりのつりあい (教科書、 8章問B1)

例題:レーシングカーの形状 (教科書、 8章問B2の類題)  

剛体の慣性モーメント

例題:スケート選手のスピン 
題:剛体棒 の慣性モーメントの計算と平行軸定理 
例題:塀の上の安定性
 (教科書、8章問A6) 

固定軸の周りの回転
例題:接触している2つの円板 (教科書、8章問A4) 
題:剛体棒の回転
  
例題:船の波に対する安定性
 (教科書、8章問B6) 

平面運動
解説:剛体の平面運動 

例題:斜面を転がる対称な剛体  

例題:ジュース缶の転がり速度比較 (教科書、8章問 A11) 
8
章問題B7へのヒント bicycle080804a
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(補足:剛体の3次元運動)
 回転によるベクトルの時間変化率 
 回転しているコマはなぜ倒れないか 
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3.成績評価(試験、レポート情報)

中間試験1(20%)、中間試験2(20%)、期末試験(30%)、レポー ト(30%)

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4.履修上の注意

講義の予習、復習を行うと、講義の理解がより深く、確実になる。
   
5.教科書・参考書

教科書: 原 康夫、「第3版 物理学基礎」、学術図書出版社
       原 康夫、右近修治「物理学演習問題集−力学編」、学術図書出版社
参考書:
物理学入門的なもの:
1)
AERA Mook 「物理がわかる」、朝日新聞社

2)アインシュタイン、インフェルト「物理学はいかにつくられたか(上、下)」、岩波書店

3)朝永振一郎「物理学とは何だろうか(上、下)」(岩波書店・岩波新書)

4)高野義郎「物理学の再発見I, II」(講談社・ブルーバックス)

5)愛知・岐阜物理サークル編「いきいき物理わくわく実験」(新生出版、1988年)

6)ガリレオ工房・滝川洋二編「物理がおもしろい!!」(日本評論社、1995年)


評価の高い(個性的な)教科書シリーズ
1)ファインマン「ファインマン物理学 I -力学-」(岩波書店) :図書番号(420、F−5、1他) 

2)バークレイ物理学コース「力学(上、下)」、丸善:図書番号(420, B-9,1-

3)ベネディック、ビラース「医系の物理1−力学(上)−」、吉岡書店:図書番号(420,B-11,1


物理のための数学:

1)香取眞理・中野徹「物理数学の基礎」 (サイエンス社)

2)和達三樹「物理のための数学」(岩波書店)

3)大槻義彦,青野修「物理数学」(培風館)

4)安達忠次「ベクトルとテンソル」(培風館)
 

ビデオ教材:
 物理教育ビデオシリーズ「メカニカル・ユニバース (Mechanical Universe)」
   全16巻(×約15-20分)、日本語版/英語版
   図書館(3階)にて利用可能。