力学I / Fundamental Mechanics 1

物理学は理工学の基礎をなす学問であり、力学はその中でも身近な運動現象を対象とする基本分野である。力学Iでは、質点の力学、特に一質点系の運動を対象として、力学の基本原理を学ぶ。あわせて、ニュートンの運動方程式を微分積分を用いて扱う方法を修得し、保存力と非保存力の違いを理解するとともに、仕事、位置エネルギー、運動エネルギーおよびエネルギー保存則の概念を理解し、それらを具体的な問題に適用できるようになることを目的とする。

身の回りの物体や天体の運動は無秩序に起こっているのではなく、物体に働く力に応じて一定の法則に従って生じている。力学は、このような運動と力の関係を扱う物理学の基本分野であり、機械の仕組みの理解やその制御をはじめ、理工学のさまざまな分野の基礎となる。

力学Iでは、主として一質点系の運動を対象とし、重力、万有引力、摩擦力、弾性力、張力などの基本的な力のもとで、物体がどのような運動を行うかを学ぶ。高校物理で扱った内容も含まれるが、本授業ではそれらを微分積分およびベクトルを用いて定式化し、ニュートンの運動方程式や簡単な微分方程式を通して、より一般的かつ定量的に扱う。これにより、力学の基本的な考え方と計算法を修得するとともに、基礎的な数学を具体的な問題に応用する能力を養う。

授業は対面講義を主として実施するが，必要に応じてオンライン参加やオンデマンド教材を併用することがある。その際は事前に周知する。

1. 質点の運動について、位置、速度、加速度の関係を微分積分およびベクトルを用いて理解し、運動を記述・解析することができる。
2. 質点に働く力を適切に把握し、ニュートンの運動方程式を立てて解くことができる。また、初等的な微分方程式で与えられる運動方程式を解き、運動を導くことができる。
3. 保存力と非保存力の違いを理解し、仕事、位置エネルギー、運動エネルギー、力学的エネルギー保存則を用いて問題を解くことができる。

授業内課題30％、中間試験30％、期末試験40％により総合的に評価する。授業内課題は、各回の確認問題や演習課題等によって評価する。中間試験および期末試験は、授業で扱った基本事項の理解度と、それらを用いて力学の問題を適切に解く力を評価する。

総合点60％以上を合格とする。総合点60％は、講義で扱う基本的内容を理解し、質点の運動の記述、運動方程式の立式と解法、仕事とエネルギー保存則に関する基本的な問題を解くことができる水準を目安とする。

なお、本講義は「学習サポート室」と連携しており、理解の状況によっては、単位取得にあたり「学習サポート室」での学習を必須とすることもある。詳細は初回授業で説明する。

日本語

物理学基礎 第5版，原康夫著，学術図書出版，2,400円＋税。第0章から第5章までが本講義の内容に対応する。その他の関連する参考資料・参考書は，講義中に適宜紹介する。

高校の微分積分、三角関数の計算が確実にできるように復習しておくことが必須です。

高校力学を未修でも数学に問題がなく、しっかり復習をすれば合格できる講義ですが、高校の教科書や参考書を一読しておくとより理解しやすくなります。

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