物理学Ａ

前期 金曜日 ２講時 川北キャンパスＢ１０４. 単位数/Credit(s): 2. 担当教員(所属)/Instructor (Position): 南部 雄亮 所属：金属材料研究所. 対象学部/Object: 理（化）. 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.

主要授業科目/Essential Subjects

各学部の履修内規または学生便覧を参照。

授業題目/Class Subject

質点と剛体の力学
Classical mechanics of particles and rigid bodies

授業の目的と概要/Object and Summary of Class

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。
The purpose of the course is to acquire basic knowledge of classical mechanics as fundamental physics, obtain skills in solving problems, and become familiar with the way of thinking in physics. Specifically, students will learn the 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 problem-solving skills. Skills for mathematical analysis are also developed.

学修の到達目標/Goal of Study

・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 a basic formula
・Acquisition of basic mathematical capabilities 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

授業内容・方法と進度予定/Contents and Progress Schedule of the Class

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）
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）
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
#1: Overview of physics, physical quantity and units, basic laws, what to learn
#2: Impulse and momentum, equation of motion, momentum conservation
#3: Equation of motion: applications (free fall and projectile motion, spring, simple pendulum)
#4: Work and energy, energy conservation
#5: Equation of motion: applications (friction, drag)
#6: Angular momentum conservation in two-dimensional motion, torque
#7: Torque and angular momentum conservation in three-dimensional motion, vector product, Kepler's law
#8: System of particles (center of gravity, energy, momentum)
#9: System of particles (relative motion of two body systems)
#10: Angular momentum conservation of system of particles, motion of rigid body (center of gravity, momentum, equation of motion)
#11: Motion of rigid body (angular momentum, moment of inertia)
#12: Motion of rigid body (motion with a fixed axis, rotation and translation, rolling)
#13: Damped oscillation, forced oscillation
#14: Non-inertial frame of reference (centrifugal force, etc.)
#15: Summary and conclusions

成績評価方法/Evaluation Method

定期試験、レポート、出席により評価する。
Final exam, problem, and class participation.

教科書および参考書/Textbook and References

• 工科系の物理学基礎～質点・剛体・連続体の力学～, 佐々木一夫・長谷川晃・海老澤丕道・鈴木誠・末光眞希, 共立出版 資料種別:教科書
• 物理学序論としての力学, 藤原邦男, 東京大学出版会 資料種別:参考書

授業時間外学修/Preparation and Review

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、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. A review of each class with particular emphasis on problems is strongly recommended.

授業へのパソコン持ち込み【必要/不要】/Students must bring their own computers to class[Yes / No]

不要
Unnecessary

その他/In Addition

講義に関する連絡はgoogle classroomにて行います。
Communication regarding the class will be announced via google classroom.