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講義は教科書に準じるが、多少の内容変更や順序の変更はある。

第２版

は違う表

紙

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判りやすい参考書

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授業スケジュールと成績基準

中間テスト： ６月４日(月）（予定）期末試験：

８月６日（月） ４限（予定）

場所未定

WebCTに講義ノートと演習問題・解答例を乗せる

毎回宿題を出す。期末試験５０点、中間テスト点２５点、平常点２５点満点とし６０点以上が合格

平常点の評価演習の大問題を１０点満点として採点。遅れて提出した場合は

1回遅れる度に0.6倍。

１３回分を総計して２５点満点に相対化。

講師：長島順清専門：素粒子実験nagashimayori@ybb.ne.jp

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力学I

（第１講：120416）

なぜ学習が必要か？

物性

物理学半導体

物理学光

物理学原子・分子物理学原子核物理学

宇宙

物理学素粒子物理学放射線物理学

物理化学生物物理学

物理学（力学、電磁気学、熱統

計力学、量子力学）は全ての自然科学（化学、生物学

を含む）の基礎。

力学は全ての物理学の基礎。

理学は原理を明らかにする。

工学は理学を元にして、応用技

術を発展させる。

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自然科学は種々の現象の因果的論理的つながりを明らかにする。物理学は物質の構造と運動を明らかにする分野

物理的思考１：

少数の基本的事実と基本法則少数の基本的事実と法則の使い方を学べば、

複雑な現象も全ては論理的にたどることができる。

物理的思考２：

現象の数学化と数学法則の視覚化。

現代物質科学の基本の量子力学には常識や直観と矛盾する現象が沢山ある。その理解には物理的思考が不可欠。

物理量：時間、大きさ、長さ、力、熱、温度、光など日常で感覚は知っている。数学の式に載せられるよう厳密な定義が必要。わかりきっていることに改めてややこしい定義を与える。最初は新鮮な発見が無い 物理が嫌われる理由

複雑な現象を単純化、抽象化

例：

物体の落下（羽と鉄）

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真空中での自由落下運動

ガリレオ・ピサ加速器研究所

Galileo Galilei1564-1642

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力学：日常生活で見る現象を中心とした古典物理学

物体の運動：ニュートン力学の3法則と万有引力の法則を公理とし、

全ての運動法則を公理から、解析学（微分・積分・微分方程式）、線型代数学

を使って導く一つの数学大系。

ある限られた範囲では数学的に閉じた体系。日常生活での現象はほぼ正しく再現する。

限界：

速度が光速に近い 相対論ミクロの世界（原子分子） 量子力学

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物理的（論理的）思考を身につける。知的好奇心：

新しい現象に興味を持ち、論理的に理由を考える。

社会で取り組む問題は解答が得られていない問題がほとんど。高校大学で教えるのは、解答が判っている問題のみ。

解答のない問題に取り組むと泥沼。実社会では正しい問いを発することが、課題を解く能力より重要。

力学は大学での最初の物理学電磁学、量子力学では数学的（論理的）ハードルが高くなる。力学では比較的数学を優しくするが、それでも暗記から論理への飛躍はカルチャーショックとなる。

力学に必要な物理数学は、力学と同時進行。時として力学の数学が先行。 クラスの数学知識の確認

力学への取り組み方

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力

学

力学：現象の測定 数値化 数式化 法則化

物理量の定量化が必要 国際単位 (SI Syste`me International)

量 単位 記号

•長さ

メートル

m•時間

秒

s 力学で使う量(MKS基本単位）

•質量

キログラム

kg•電流

アンペア

A

•温度

ケルビン

K•物質量

モル

mol

•光度

カンデラ

cd

全ての物理量はこれら基本単位の組み合わせとなる例：仕事率＝電力＝1Watt = 1kg・m2・/s3

巨大・微少量: 103= キロ 10-3 = ミリ

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対数目盛判るかな？

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質量原器

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1980年から1983年までの、4年間の1日の長さ変動

縦軸スケールは全体で３ミリ秒変動は月の朝夕力と気流が原因

0.003秒

光速度は定義である！

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ガリヴァー旅行記リリパット小人国体長

x～1/30

ブルブディンナグ巨人国体長

ｘ12

スケーリングの話。

ガリレオ：新科学対話フィリプス：物理学Ia力学・波動；

（学術図書出版社より）

小人も巨人も我々と同じ生活をしガリバーと普通に会話ができているこれってあり得る？

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バイソン（アメリカ）

ガゼルと同じ種肩高~2m、

体重～１トン

ガゼル(アフリカ)カモシカの一種肩高：

~80cm~１ｍ、

ガゼルの骨拡大

実在の動物の骨：

小型動物の骨は大型動物の骨に比べて細身

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ガリバーとブロブディンナグ人の骨ガリレオの明察

スケールにより体型は変わる。

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蟻：自分の体重の2000 の牽引力を持つ。蚤：自分の身長の50倍の跳躍力。

象の足は太い。全て物理法則：スケーリングで説明できる。鯨は象の40倍も体重があるが、骨は同じくらい

これは水の浮力が支えるから。

想像上の生き物：天使や天馬 (ペガサス) の絵はナンセンス。

声帯：

リリパット人

x1/10 声は１オクターブ高い。蚊の泣くような声？ブロブディンアグ人

x10 声は1オクターブ低い。魅惑の低音？

巨人や小人の話し声はどうか？

スケール

x 20体重

x 8000飛翔力

x 400相対飛翔力

x 1/20必要な羽の大きさ

x 20

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マウスより小さい温血動物はいない。なぜか？

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