力学２

Classical Mechanics 2

9982B81

81PHMEC102

小林　篤

Atsushi Kobayashi

2023年度後期

2023/Second semester

火曜1限

Tuesday 1st period

先進工学部　マテリアル創成工学科

Department of Materials Science and Technology, Faculty of Advanced Engineering

2.0単位

講義

Lecture

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ブレンド型授業（半数回以上を対面実施） Blended format (with 50%-or-more on-site classes)

本講義は、マテリアル創成工学科のカリキュラムポリシー『4. 低学年次に設定される「基礎科目」は、物理、化学、機械、電気及び数学などの工学の基礎知識を学べる科目編成により、材料工学の専門家として必要な学理の修得を目指す。』の「基幹基礎科目」、工学の基礎となる物理学、とりわけ力学の分野を学ぶ基幹基礎科目としての位置づけの授業である。

前半は、まず、前期に学んだ一体問題の続きとして、力学的なエネルギーの性質について学ぶ。特に、保存力とポテンシャルエネルギーという概念を通じ、力学的エネルギーがどのような場合に保存するかを学ぶ。また、エネルギーに類似の量として、角運動量の性質について学ぶ。さらに、非慣性系における運動を論ずる方法を学ぶ。
後半は、2体以上のいわゆる質点系について、内力と外力の区別や質量中心の運動方程式の解法を学ぶ。さらに、質点系の全運動量や全角運動量に着目し、それらが従う運動法則を導く。エネルギーなどの力学的諸量の時間変化の法則や、最後に、質点系の中でもシンプルな振る舞いをする例である剛体について、基本的な概念と簡単な運動を学ぶ。

力学1と併せて、力学を学びながら、日常、身の回りで目にすることができる様々な物体の運動を自分自身で理解できるよう、自然現象を眺める目を養うとともに、電磁気学、熱力学、統計力学、量子力学に必要となる物理的な考え方の基礎を完成させる。

教養/専門基礎力(知識、技能)

前期の力学１に引き続き、力学２の授業においても、数学は特に重要である。力学１で利用した数学や、教科書251~257ページの全微分・偏微分、微分方程式の解法、ベクトルの内積・外積を理解できるようにしておくこと。理解が不足する部分は、物理数学の教科書等を参照し自習すること。

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・教科書に登場する標準的な数学は理解しているものととして授業を進行する。予習をおこない、分からない数学は事前に理解しておくこと。
・すべてにわたって、力学1での運動方程式の解法が身についていることが前提である。力学1の復習を行っておくこと。
・授業中に出題される「演習問題」は提出を指示されなくても確実に行うこと。

（準備学習）教科書の該当箇所を見ておくこと。（2時間程度）
（復習）授業中に出された演習問題の解法を身につけること。（2時間程度）

演習課題の解答状況や試験結果を基に、総合的に成績を評価する。

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

Y

山本貴博、力学 (物理学レクチャーコース)、裳華房　（前期の「力学1」でも使用する）

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

「考える力学 (第2版)」兵藤俊夫、学術図書出版社
「力学のサボり方」小田将人、学術図書出版社

「今日から使える物理数学 (普及版) 難解な概念を便利な道具にする (ブルーバックス)」岸野正剛、講談社

「物理数学（物理学レクチャーコース）」橋爪洋一郎、裳華房

「これならわかる 工学部で学ぶ数学」千葉逸人、プレアデス出版

第1回　ガイダンス、力学1の復習
　　　　質点の運動学、質点の力学、様々な力を理解する。

第2回　力学的エネルギーとその保存則(1)
　　　　仕事、保存力とポテンシャルエネルギーを理解する。

第3回　力学的エネルギーとその保存則(2)
　　　　力学的エネルギー保存法則、位置エネルギーを理解する。

第4回　力学的エネルギーとその保存則(3)
　　　　保存力と時間反転対称性を理解する。

第5回　角運動量とその保存則
　　　　角運動量、力のモーメントを理解する。

第6回　中心力のもとでの質点の運動(1)
　　　　ケプラーの法則（楕円軌道の法則、面積速度一定の法則、調和の法則）を理解する。

第7回　中心力のもとでの質点の運動(2)
　　　　スケーリング則を理解する。

第8回　中心力のもとでの質点の運動(3)
　　　　惑星の力学的エネルギー、LRLベクトルを理解する。

第9回　非慣性系での質点の運動
　　　　並進運動、相対性原理、回転座標系を理解する。

第10回　質点系の力学(1)
　　　　内力と外力、質量中心、相対運動を理解する。

第11回　質点系の力学(2)
　　　　重心座標系、質点系の運動エネルギー、全角運動量を理解する。

第12回　剛体の力学(1)
　　　　剛体の自由度と運動方程式、連続的な剛体を理解する。

第13回　剛体の力学(2)
　　　　剛体の回転運動、慣性モーメントを理解する。

第14回　剛体の力学(3)
　　　　剛体の平面運動と運動方程式を理解する。

第15回　到達度評価


1. Review of Mechanics 1
　　　　Understand kinematics of masses, dynamics of masses, and various forces.

2. Dynamic energy and its conservation law (1)
　　　　Understand work, conservation of force and potential energy

3. Dynamic energy and its conservation law (2)
　　　　Understand conservation law of mechanical energy and potential energy

4. Dynamic energy and its conservation law (3)
　　　　Understand conservation of force and time-reversal symmetry

5. Angular momentum and its conservation law
　　　　Understand angular momentum and moment of force.

6. Motion of a mass point under central force (1)
　　　　Understand Kepler's laws (elliptical orbit law, law of constant area velocity, law of harmony)

7. Motion of masses under central force (2)
　　　　Understand the scaling law.

8. Motion of masses under central force (3)
　　　　Understand mechanical energy of planets and LRL vectors

9. Motion of a mass point in a non-inertial system
　　　　Understand translational motion, principle of relativity, and rotational coordinate system.

10 Dynamics of masses (1)
　　　　Understand internal and external forces, center of mass, and relative motion

11. Mechanics of masses (2)
　　　　Understand the coordinate system of center of mass, kinetic energy and total angular momentum of a mass system

12. Mechanics of rigid body (1)
　　　　Understand degrees of freedom of rigid bodies, equations of motion, and continuous rigid bodies

13. Dynamics of rigid body (2)
　　　　Understand rotational motion and moment of inertia of rigid bodies

14. Mechanics of rigid body (3)
　　　　Understand plane motion of rigid body and equations of motion

15. Evaluation of achievement

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