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物理ぶつりポータル

1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、物理ぶつりphysics公式こうしき列挙れっきょとしてではなく、りょう定義ていぎし、対象たいしょうモデルmodelとし、変化へんかまたは保存ほぞんしきにする体系たいけいとして解説かいせつする。

物理ぶつり問題もんだいでは、いきなり有名ゆうめい公式こうしきさがすと破綻はたんしやすい。さき確認かくにんすべきものは、つぎの 4 つである。

  1. どの物体ぶったいけい対象たいしょうにするか。
  2. どのりょう未知数みちすうにするか。
  3. どの理想化りそうか採用さいようしているか。
  4. 運動方程式うんどうほうていしき局所的きょくしょてき追跡ついせきするか、保存則ほぞんそく前後ぜんご比較ひかくするか。

この順序じゅんじょ固定こていすると、力学りきがく熱力学ねつりきがく波動はどう電磁気でんじき光学こうがく現代物理げんだいぶつりは、別々べつべつ暗記あんき単元たんげんではなく、おな読解どっかい手順てじゅんあつかえる。

2用語ようご定義ていぎ

物理量ぶつりりょうphysical quantityとは、数値すうち単位たんいunitをもつりょうである。たとえば位置いちx[m;L]速度そくどv[m/s;LT-1]ちからF[N;MLT-2]く。

モデルmodelとは、現象げんしょうから重要じゅうよう要素ようそだけをのこして計算けいさんできるかたちにしたものである。質点しつてん剛体ごうたい理想気体りそうきたい正弦波せいげんは点電荷てんでんかなどが典型てんけいである。

法則ほうそくlawとは、一定いってい仮定かていのもとでりょうどうしをむす関係かんけいである。法則ほうそく使つかうときは、しきだけでなく適用条件てきようじょうけん確認かくにんする。

3方針ほうしん

物理ぶつり各章かくしょうは、つぎ見方みかたむ。

見方みかた中心ちゅうしんになるりょう代表だいひょう分野ぶんや
局所的きょくしょてき変化へんかちから加速度かそくど時間変化じかんへんか力学りきがく電磁気でんじき
保存ほぞん収支しゅうしエネルギー、運動量うんどうりょう電荷でんか力学りきがく熱力学ねつりきがく回路かいろ
見方みかた電場でんば磁場じば波動場はどうば電磁気でんじき波動はどう
統計的とうけいてき量子的りょうしてき見方みかた温度おんど確率かくりつ、エネルギー準位じゅんい熱力学ねつりきがく現代物理げんだいぶつり

この講義こうぎでは、しょう境界きょうかいではなく方針ほうしん選択せんたくしめす。おな現象げんしょうでも、途中とちゅうちから必要ひつようなら運動方程式うんどうほうていしき始点してん終点しゅうてんだけでよいなら保存則ほぞんそくえらぶ。

4直感的ちょっかんてき説明せつめい

物理ぶつりしきは、現象げんしょうをそのままうつした写真しゃしんではない。なに無視むしし、なにのこすかをめたあと成立せいりつする模型もけいである。

たとえば落下らっかa=gけるのは、空気抵抗くうきていこう無視むしし、地表付近ちひょうふきん重力加速度じゅうりょくかそくど一定いっていなせるからである。条件じょうけんわれば、しきわる。

したがって、物理ぶつり重要じゅうようなのは「この公式こうしきっているか」ではなく、「いまの状況じょうきょうがその公式こうしき仮定かていはいっているか」を判断はんだんすることである。

5厳密げんみつ説明せつめい

物理ぶつり立式りっしきは、つぎ順序じゅんじょ実行じっこうする。

5.11. 対象たいしょう決定けっていする

対象たいしょうを 1 物体ぶったいにするか、複数ふくすう物体ぶったいをまとめたけいsystemにするかを決定けっていする。対象たいしょうえると、外力がいりょく内力ないりょくinternal force区別くべつわる。

5.22. りょう定義ていぎする

位置いち速度そくど圧力あつりょく電位でんいなど、使つかりょう単位たんいつきでく。しき途中とちゅう単位たんいわないなら、そのしき物理量ぶつりりょうとしてせないりょうぜている。

5.33. 法則ほうそく選択せんたくする

局所的きょくしょてき変化へんか追跡ついせきするなら微分方程式びぶんほうていしきかたちえらぶ。前後ぜんご比較ひかくだけでよいなら保存則ほぞんそく収支式しゅうししきえらぶ。

運動方程式うんどうほうていしきは、たんなる公式こうしきではなく、未知関数みちかんすう x(t)y(x,t)変化へんかめる微分方程式びぶんほうていしきである。等加速度とうかそくどのように簡単かんたん積分せきぶんできる場合ばあいだけを公式化こうしきかしているのであり、抵抗力ていこうりょく復元力ふくげんりょくはいると微分方程式びぶんほうていしきとしてなお必要ひつようがある。

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5.44. 適用条件てきようじょうけん確認かくにんする

保存則ほぞんそくつね使つかえる魔法まほうではない。力学的りきがくてきエネルギー保存ほぞんは、非保存力ひほぞんりょく仕事しごとが 0 のときにかぎる。理想気体りそうきたいしきは、分子間力ぶんしかんりょく分子ぶんし体積たいせき無視むしできる範囲はんい使つかう。

6読書どくしょルート

6.1ルートA:高校物理こうこうぶつり本線ほんせん

まず単位たんい自由体図じゆうたいず立式りっしき土台どだいつくり、力学りきがくすすむ。

data/lecture/physics/foundation/physics-foundations-portal.lecture.n.md data/lecture/physics/mechanics/mechanics-portal.lecture.n.md data/lecture/physics/waves/waves-portal.lecture.n.md data/lecture/physics/thermodynamics/thermodynamics-portal.lecture.n.md data/lecture/physics/electromagnetism/electromagnetism-portal.lecture.n.md

6.2ルートB:現象げんしょうなみ

波動はどう電磁気でんじきでは、物体ぶったいだけでなく空間くうかん分布ぶんぷするりょうあつかう。

data/lecture/physics/waves/waves-portal.lecture.n.md data/lecture/physics/optics/optics-portal.lecture.n.md data/lecture/physics/electromagnetism/introduction-to-maxwell-equations.lecture.n.md

6.3ルートC:大学だいがく初年級しょねんきゅうへの橋渡はしわた

高校物理こうこうぶつり法則ほうそくを、微分方程式びぶんほうていしき、エネルギー、変分へんぶん言葉ことば接続せつぞくする。

data/lecture/physics/fluid/fluid-mechanics-basics.lecture.n.md data/lecture/physics/analytical-mechanics/analytical-mechanics-portal.lecture.n.md data/lecture/physics/modern/modern-physics-portal.lecture.n.md data/lecture/math/differential-equations/differential-equations-portal.lecture.n.md

7見分みわかた

問題文もんだいぶんがかり最初さいしょるもの
ちから加速度かそくど張力ちょうりょく自由体図じゆうたいず運動方程式うんどうほうていしき
たかさ、はやさ、ばね、摩擦まさつ仕事しごととエネルギー収支しゅうし
衝突しょうとつ合体がったい分裂ぶんれつ運動量うんどうりょう力積りきせき
温度おんどねつ状態変化じょうたいへんか熱力学第一法則ねつりきがくだいいちほうそく
波長はちょう振動数しんどうすう干渉かんしょう位相いそうかさわせ
電場でんば電位でんい電流でんりゅうまたは回路かいろ法則ほうそく

8どこまで成立せいりつするか

このポータルは、高校物理こうこうぶつり中心ちゅうしんに、大学だいがく初年級しょねんきゅう見方みかた補助線ほじょせんとして接続せつぞくする。量子力学りょうしりきがく統計力学とうけいりきがく連続体力学れんぞくたいりきがく一般論いっぱんろんまではふくめない。ただし、各講義かくこうぎでは条件じょうけんはずれるとなにこわれるかを明示めいじする。

9最終形さいしゅうけい

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]対象を決める量を定義する法則を選ぶ条件を確認する
[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]局所的に追うなら運動方程式、前後を比べるなら保存則

10一言ひとことでいうと

物理ぶつり公式こうしき暗記あんきではなく、対象たいしょうりょう・モデル・法則ほうそくじゅん確定かくていする読解どっかいである。

11関連かんれんリンク

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