令和元年度(2019年度)力学A授業内容

第1回(4/5)

1 イントロダクション 力学とは
ニュートン力学とは ニュートンの3法則
「慣性系」とは
相対論的力学の  c→∞ 極限
プランク定数  h→0極限

「特殊相対性理論入門」スライド

2 質点の運動とその法則
2. 1 質点の位置ベクトル、速度、加速度
デカルト座標
2. 2 3次元の空間ベクトルとその質量
ベクトルの外積 外積の例

第2回(4/19)

ベクトルの外積の性質 外積の別の定義

3 運動方程式の解法
3. 1 運動の合成と分解 例:Monkey hunting
3. 2 いろいろな運動の運動方程式
粘性抵抗と慣性抵抗

第3回(4/26)

いろいろな運動方程式

  • 流体中の落体運動 +粘性抵抗、慣性抵抗
  • 真空中のばね振り子 +粘性抵抗 +周期的強制力

3. 3 定数係数の線形上微分方程式の解法
非斉次方程式の一般解 = 斉次方程式の一般解 +特解
x(t)= exp γt と ansatz をおいて  γ を決定 ⇒ 線形結合

第4回(4/30)

定数係数の線形上微分方程式の解法つづき
代数学の基本定理
解の一意性
オイラーの公式の微分方程式の解としての理解:ド・モアブルの定理は単なる指数法則

微分方程式練習問題
解答は こちら

3. 4 流体中を落下する球体
重力 + 浮力 + 粘性 and/or 慣性抵抗

レポート問題

第5回(5/10)

慣性抵抗のみの場合 hyperbolic tangent
レポート問題解答

4 仕事とエネルギー
4.1 運動エネルギーと力のする仕事
運動エネルギー変化=力がした仕事の総和
線積分

第6回(5/24)

4.2 保存力とポテンシャル
力が保存力 ⇔ 仕事が経路によらない ⇔ 任意の閉ループに沿った仕事が0
ポテンシャルの定義
力学的エネルギー保存
ポテンシャルのグラディエント

第7回(5/31)

ポテンシャルのグラディエントのつづき
例 クーロン力
中心力が保存力であることの証明
ベクトルの射影
保存力であることの判定条件

第8回(6/7)

保存力であることの判定条件のつづき
クイズ 仕事が経路によらない力はどれ?
ベクトル場の回転 (rot)
ストークスの定理(の2次元版)
ある U で F = – grad U ⇔ rot F = 0
ポアンカレのレンマ
電磁誘導とマックスウェルの方程式(のひとつ)

5 ばねの振動
自由振動 減衰振動

第9回(6/14)
強制振動と共鳴
振幅と外力の角速度の関係

6 振り子
6.1 極座標による運動の記述
2次元極座標系での速度と加速度

宿題と解答

第10回(6/21)

6.2 振り子の運動方程式
振幅が小さい場合 等時性
振幅が小さくない場合
第1種完全楕円積分
k2乗による摂動展開による周期の評価
微小振動の場合と最大振れ角60°ぐらいの場合の実演

第11回(6/28)

7 万有引力
ケプラーの3法則
面積速度 角運動量の変化
惑星の運動方程式
万有引力の法則
静電気力と同じ形なのは一般相対論の方程式
(アインシュタイン方程式)が線形近似で波動方程式に帰着するから
平坦「計量」からのずれが小さくないと電磁力とは異なるものになる
慣性質量と重力質量
Eot-Wash実験による検証
LIGOによる重力波観測による一般相対論からのずれ(グラビトンの湯川)の評価の紹介
一般相対論では慣性質量と重力質量とは等しい

第12回(7/5)

円錐曲線(2次曲線) 離心率を変えたときの変化
運動エネルギーと軌道
遠心力の1次元有効ポテンシャル
円軌道に近い場合の微小振動

8 慣性系に対して回転している座標系
角速度ベクトル
地球と共に自転する座標系

第13回(7/12)

地球と共に自転する座標系(つづき)
高さ h から自由落下させた場合(Neile’s parabola)
逐次近似法
フーコー振り子 駒場での値