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古典力学
基礎とベクトル
01SI単位とそれを定義する定数02秒とメートルの定義03プランク定数によるキログラムの再定義04固定された定数によるSI単位の定義05ラジアン、ステラジアン、小さな角度06次元解析:M、L、T07次元から法則を導く08フェルミ推定問題セット0/10問題セット20/10
01ベクトルの和とスカラー倍02直交座標と円柱座標03直交座標でのベクトルの成分04成分で解くベクトルの問題05座標軸の回転とベクトルの成分06外積07外積の公式問題セット0/10問題セット20/10
運動学
01位置・時間間隔・変位02瞬間速度と導関数03二階導関数としての加速度04グラフの面積から導く運動学の公式05積分と微積分学の基本定理06多項式で表される加速度と区分的な加速度問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/4
01x 軸と y 軸に沿った独立な運動02放物運動の問題の設定03飛行時間と最高点の高さ04時間を消去して放物線を求める05落ちるバケツをまっすぐ狙え問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/1
01向心加速度と中心力運動02極座標の単位ベクトルと円運動の速度03弦の長さと小角近似から導く v = rω04極座標での動径方向と接線方向の加速度05等速円運動:周期・振動数と v²/R06ベクトルとしての角速度と角加速度07半径が変わる運動:動径方向の速度とコリオリ項問題セット0/10問題セット20/10
ニュートンの法則と力
01力の定義:質量、加速度、そしてベクトルとしての力02ニュートンの第一法則:慣性と慣性系03ニュートンの第二法則と第三法則:運動量の時間変化率としての力問題セット0/10問題セット20/10
01力の法則とフックの法則:ばねの力を測る02万有引力と等価原理03電荷、クーロンの法則、ニュートンの第三法則問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/1
01垂直抗力:それが「重さ」ではない理由02静止摩擦と動摩擦、そして f = μN の法則03自由物体図と物理モデルの組み立て04ロープの張力:質量の無視できるロープと質量のあるロープ05つり下げたロープの張力:二つの解き方問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/4
ニュートンの法則の応用
01階段の問題:摩擦、飛び出し、着地02台車、滑車、つり下げたおもり:張力を求める03伸び縮みしない糸:滑車系の拘束条件04加速する摩擦のないくさびの上のブロック05キャプスタン方程式:杭に巻いたロープの摩擦06終端速度とハイパボリックタンジェントの法則問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/4
01抗力:流体の抵抗の二つの領域02ストークスの法則:落下する球の終端速度03二次抵抗:逆数型の速度の減衰問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/2
01円運動のニュートンの第二法則02万有引力:月の公転周期を導く03静止衛星と連星の軌道04円運動の張力:2つの質量からロープへ05円錐とターンテーブル上の円運動06球殻定理:重力は中心からはたらく問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/6
運動量
01力積と運動量:積分形のニュートンの第二法則02系の境界の引き方:外力だけが効く理由03質量中心:2つの粒子から連続な棒まで04質量中心の運動と運動量保存則05運動量の問題の立て方:系、軸、図06空中で爆発する投射体:大きい破片はどこに落ちるか07非弾性衝突のあとの摩擦:飛行機と砂袋問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/5
01基準系とガリレイ変換02相対速度の例題:円と台車03ファインマン、チャレンジャー号、カーブフィットの限界04質量が流れるときの運動量:四つの分類05こぼれる砂と吹き込む穀物:2台の貨車06ボートと消防ホース:質量も運動量も流れ込む07ロケット方程式を導く:推力はどこから来るのか08ロケットの速さ、質量比、そして多段式にする理由問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/5
仕事と運動エネルギー
01エネルギー保存則:系・境界・外界02運動エネルギー:速さの二乗から力 × 距離へ03一定の力がする仕事:正・負・ゼロ04曲線の下の面積としての仕事と、仕事とエネルギーの関係05仕事率:平均・瞬間・力 × 速度問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/2
01スカラー積:力と変位の内積としての仕事02任意の曲がった経路に沿った線積分としての仕事03逆二乗の力、三次元の仕事とエネルギーの関係、仕事率04換算質量と二体系の内部の仕事問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/1
エネルギー保存と衝突
01保存力:重力の仕事はなぜ経路によらないのか02閉じた経路の定理:保存力はなぜエネルギーを返すのか03ニュートンの第三法則からポテンシャルエネルギーを定義する041つの手順から3つのポテンシャルエネルギー:ゼロ点をどこに置くか問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/1
01力学的エネルギー保存則:閉じた系と保存力02ばねのエネルギー図:転回点と禁止された領域03三次のエネルギー図で見る安定なつり合いと不安定なつり合い04非保存力:力学的エネルギーが保存されないとき05散逸と系の境界:摩擦のエネルギーの行き先問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/2
01脱出速度:小惑星トロと全エネルギーゼロ02宙返りループ:エネルギーとニュートンの第二法則を組み合わせる03距離とともに強まる摩擦:エネルギーの積分04摩擦のある斜面でのばねの最大の縮み05球面を滑り落ちる:接触が失われる角度問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/2
01相対速度、換算質量、重心系02反発係数と一次元の弾性衝突03重心系で見ると弾性衝突は反転する04重ねたスーパーボール:小さいボールが9倍の高さまで上がるわけ05実験室系での二次元の弾性衝突06質量が等しいときの直角の関係:内積を使って07重心系の散乱角から実験室系の散乱角へ問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/6
回転とトルク
01剛体と固定軸のまわりの回転02角速度と角加速度の符号:速くなるか遅くなるか03回転の運動エネルギーと慣性モーメント04一様な円板と平行軸の定理05質量のある滑車とエネルギー保存06棒と円板の振り子:最下点での速さ07平行軸の定理の証明問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/3
01点のまわりのトルク:モーメントアームと符号の約束02成分で求めるトルク:傾いたてことつま先立ちの足首03τ = Iα を導く:回転のニュートンの第二法則04重心と、質量のある滑車での張力の違い05二つの段階から回転子の慣性モーメントを測る問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/1
01角度にわたって作用するトルク:回転の仕事と仕事率02静的つり合いとてこの原理03一般化したてこの原理:斜めにはたらく力04ヒンジで留めた棒と坂道に立つ人05膝関節と任意の点のまわりのトルク問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/2
角運動量と転がり
01質点の角運動量:r × p022つの点のまわりの円運動:角運動量の円錐03トルクが角運動量を変える:地球をかすめる流星体04質点系:効くのは外部トルクだけ05固定軸のまわりの回転:L_z = Iω となる理由06支点のまわりの角運動量保存:物体に打たれる棒07角力積:落としたワッシャー問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/5
01すべらずに転がる運動:接触点が静止しているわけ02転がる車輪のビーズ:円と直線でサイクロイドになる03転がりの拘束条件:斜面、ヨーヨー、ほどける二つのドラム04軌道角運動量とスピン角運動量:太陽のまわりの地球05転がる物体の運動エネルギーとシャールの定理問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/3
01質量中心のまわりのトルク:軌道とスピンの方程式02一押しで二つの運動:剛体の仕事とエネルギーの関係、角力積03カーブを曲がる列車での垂直抗力:外側の足が強く押すわけ04落ちるヨーヨー:張力、加速度、最後の回転05斜面を転がる運動を三通りで:力、エネルギー、トルク06すべりから転がりへ:ボウリングのボールが初速の7分の5になるわけ07氷上でパックがスティックに衝突:どの点のまわりでも同じ回転問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/2

回転の運動エネルギーと慣性モーメント

軸までの距離を2乗すると、運動エネルギーの和が、物体に固有のただ一つの数になるのはなぜでしょうか?

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まとめノート

    1. 1

      質量要素の和から得られる Kcm=12Icmωcm2K_{cm} = \frac{1}{2}I_{cm}\omega_{cm}^2Kcm​=21​Icm​ωcm2​

      一つの要素について Kcm,i=12Δmircm,i2ωcm2K_{cm,i} = \frac{1}{2}\Delta m_i r_{cm,i}^2 \omega_{cm}^2Kcm,i​=21​Δmi​rcm,i2​ωcm2​ を書き、物体全体で足し合わせ、連続体の極限をとって積分にし、その結果を 12mv2\frac{1}{2}mv^221​mv2 と並べましょう。

    2. 2

      慣性モーメント Icm=∫bodydm rdm2I_{cm} = \int_{\text{body}} dm\, r_{dm}^2Icm​=∫body​dmrdm2​

      物体と選んだ軸とで決まる性質としての定義を書き、単位 kg⋅m2\mathrm{kg}\cdot\mathrm{m}^2kg⋅m2 を記録して、距離の2乗のために軸から遠い質量ほど大きく効くことを書き添えましょう。

    3. 3

      中心を通る垂直な軸のまわりの一様な棒

      dm=λ dxdm = \lambda\, dxdm=λdx(λ=m/L\lambda = m/Lλ=m/L)とおき、x2x^2x2 を −L/2-L/2−L/2 から L/2L/2L/2 まで積分して、Icm=112mL2I_{cm} = \frac{1}{12}mL^2Icm​=121​mL2 まで計算をやり通しましょう。

    2回中1回目