前期 木曜日 ４講時 川北キャンパスＢ２０４. 単位数/Credit(s): 2. 担当教員(所属)/Instructor (Position): 石鍋 隆宏 所属：工学研究科. 対象学部/Object: 工（6～10組）①. 開講期/Term: １セメスター. 科目群/Categories: 全学教育科目学術基礎科目-基礎物理学. 履修年度: 2024. 科目ナンバリング/Course Numbering: ZDP-PHY101J. 使用言語/Language Used in Course: 日本語.
各学部の履修内規または学生便覧を参照。
質点と剛体の力学
Classical Mechanics of Particles and Rigid Bodies
物理学の基礎である力学について基本的知識の獲得と問題解決法の習得をめざし、物理学的なものの見方に慣れるようにする。ここでは質点および剛体の力学を学習して物体の運動に関する基本的な原理や法則を知り、物理学の理解を深め、問題解決の能力をみがく。解析に必要となる数学的な能力をみがく。
Acquisition of basic knowledge of classical mechanics as the fundamental physics, obtaining skills of solving problems, and thereby getting familiar with the way of thinking in physics are the purposes of the course. Specifically, students will learn mechanics of particles and rigid bodies, through which knowledge of the basic principles and laws on the motion of bodies will be gained, with deeper insight into physics and skills for problem solving being obtained. Skills for mathematical analysis are also developed.
・物体に働く力とその運動について、基本的な原理や法則を理解し、それぞれ基本式として表せる。
・微分方程式を用いた運動方程式の記述や解法など、物体の運動の理解に必要な数学的基礎を身につける。
・典型的な運動を例にして、方程式の導き方や解き方について理解し、結果をグラフ等で表現する力を身につける。
・Understanding basic principles and laws of the force acting on a body and its motion, and being able to express each by basic formula
・Acquisition of basic mathematical capability such as describing equations of motion in terms of differential equations and solving them in order to understand motions of particles or rigid bodies
・For typical examples of motions, understanding the method of deriving and solving equations and being able to show results in graphs
4．授業の内容・方法と進度予定：
第01回 物理学の全体像、 物理量と単位、基本法則、物理学Ａで学ぶこと
第02回 力積と運動量、運動方程式、運動量保存則
第03回 運動方程式の応用（落下と放物運動、ばね、単振り子）
＊ISTUで数学物理学演習の第10, 11章の講義動画を見て、1階と2階の常微分方程式の解法を予習しておくこと
第04回 仕事とエネルギー、エネルギー保存則
第05回 運動方程式の応用（まさつ、抵抗等）
第06回 角運動量（２次元運動の角運動量保存則、トルク）
第07回 角運動量（３次元運動のトルクと角運動量保存則、ベクトル積、ケプラーの法則）、
＊ベクトル積については、ISTU数学物理学演習の第6章の講義動画も参考にするとよい
第08回 質点系の力学（重心、エネルギー、運動量）
第09回 質点系の力学（2つの質点の相対運動）
第10回 質点系の角運動量保存則、剛体の運動（重心、運動量、運動方程式）
第11回 剛体の運動（角運動量、慣性モーメント）
第12回 剛体の運動（固定軸をもつ剛体の運動、並進と転がり）
第13回 減衰振動、強制振動
第14回 非慣性系の運動（遠心力等）
第15回 まとめ
1st: Overview of Physics, Physical Quantity and Unit, Basic Laws, What to Learn
2nd: Impulse and Momentum, Equation of Motion, Momentum Conservation
3rd: Equation of Motion: Applications (Free Fall and Projectile Motion, Spring, Simple Pendulum)
＊Preparation viewing of video lecture recommended: solving ordinary differential equations of 1st and 2nd order in chaps.10,11 of Exercise in Mathematics and Physics on ISTU
4th: Work and Energy, Energy Conservation
5th: Equation of Motion: Applications (Friction, Drag)
6th: Angular Momentum Conservation in 2 dimensional Motion, Torque
7th: Torque and Angular Momentum Conservation in 3 dimensional Motion, Vector Product, Kepler’s Law)
＊For Vector Product, video lecture of chap.6 in Exercise in Mathematics and Physics on ISTU recommended
8th: System of Particles (Center of Gravity, Energy, Momentum)
9th: System of Particles (Relative Motion of Two Body System)
10th: Angular Momentum Conservation of System of Particles,
Motion of Rigid Body (Center of Gravity, Momentum, Equation of Motion)
11th: Motion of Rigid Body (Angular Momentum, Moment of Inertia)
12th: Motion of Rigid Body (Motion with a Fixed Axis, Rotation and Translation, Rolling)
13th: Damped Oscillation, Forced Oscillation
14th: Non-Inertial Frame of Reference (Centrifugal Force, etc.)
15th: Summary and Conclusions
定期試験、小テスト、レポート、出席により評価する。
Final Exam, Problem, Homework and Class Participation
指定した教科書の授業当日の該当箇所を予習してくること。また、小テストやレポートの課題を中心に復習を徹底すること。
Preparation for each class by studying the designated part of the textbook
Review of each class with special emphasis on problems and homework strongly recommended
必要
Yes
利用する学習支援システム： Google Classroom
オンライン授業： 無