物理の学び直し:力学編①


の物理を教えることになったことを切っ掛けに大学時代の物理(力学、電磁気学)の学び直しをやることにした。

高周波回路解析で電磁気学を復習したが、途中で止まっている。

 

力学の力はニュートンの運動方程式(F=ma)を起点にしている。まだまだ運動量と運動エネルギーの関係、そして位置エネルギーを合わせた運動エネルギー保存則も式では分かるが概念がつかめない

 

磁気学では電荷が無限遠点をゼロ(V)として作る電位ポテンシャル、つまり電場という概念があり、そのポテンシャルにおかれた他の電荷はポテンシャルに相応しい力を受け、静電エネルギーをもつ。それに対して、力学では重力から概念的に重力場というものが理解できるが、運動エネルギーという概念も重力場のような力のポテンシャル(場)から理解したいと思う。ならばと、大学・物理のおさらいをしようと思い立つ。この中で、上述の概念が少しでもピンと来ればよいと思うし、そうしたい!

 

学の本は、塾で教えている高校物理(力学・熱力学編、電磁気学編、波動・原子編)の参考書にある、力とかエネルギーの概念とかの観点で、それぞれの学際領域における力とエネルギーの概念を統一的に見直し、またSI単位系も含めておさらいした。次に、「物理入門コース 1.力学」岩波書店の中古本をネットで購入し、最初から大学レベルから再度おさらいを開始している。

 

また、この時に一緒に購入した「物理入門コース 2.解析力学」では解法手段として直交座標系から極座標系に置き換えた解析が便利(ラクランジュの方程式、ニュートンンの運動方程式から導かれる)であることが冒頭に書かれており、正にいきなり、

  • 力が中心力の場合には、ポテンシャルは、原点(力の中心を原点にとる)と質点の距離は、
  • r=sqrt(x2+y2)
  • だけの関数U(r)である。
  • となるから、
  • Fx =-dU /dx、Fy=-dU /dy。。。うんぬん

力の定義をしている。計算手法も魅力だが、ここでは力の定義の仕方が知りたかったことに繋がると思う。

 

急がば回れではないが、二つの本を参考に、先ずは力場?という力が働く場を抑えて、力とエネルギーの定義について整理していこう。