原島 鮮 (1973, 新装版 2020) 力学 I — 質点・剛体の力学

  • 原島 鮮 [あきら], 1973, 新装版 2020: 力学 I — 質点・剛体の力学 (新装版)。裳華房, 265 pp. ISBN 978-4-7853-2272-4.

新装版は2020年11月に出た本で、A5判横書きのペーパーバック。1973年に出た本 (ハードカバーだった) と内容はかわっていないと思われるが、版組みはしなおされている。

【わたしが大学1年生のとき、前期の物理学の授業の内容が力学だった。教科書の指定はなかったが、わたしは教科書をもつべきだと思って、大学生協の本売り場にあった本をいろいろ見て、これ (1973年版) がいちばんよいと思って買ったのだった。ただし『力学 II — 解析力学』は買わなかった。そのときわたしが勉強したかった範囲は質点の力学と剛体の回転だけだったからだ。解析力学は、のちに授業をとったおぼえはあるが、身についていない。本書の範囲のことも身についたかどうかはあやしい。わたしは横着で、教科書を読みはしたが演習問題をやらなかったからだ。】

【そのとき買った1973年版を所蔵していたのだが、2019年に蔵書を整理するときに古本屋に売るほうにふくめてしまった。もう力学の初歩を勉強しなおすこともないと思ったからだった。ところが2021年になって、力学を教えることになった。教科書は前任者にならって別の本を指定することにしたが、ときには自分が勉強した本ではどう書いてあったか見なおしたくなった。運よく、新装版が出ていた。】

はしがきによれば、著者が1958年に出した『力学』の1冊本があって、改訂しようとしたら厚くなるので、1冊本はそのままにし、別に2冊本を出すことにしたのだそうだ。

そして本書は、当時あたらしかった、計算機による数値計算による結果の (プロッターによる) 図をふくめている。したがって、微分方程式が積分によってとけない例題をふくめることができている。

いま、数値計算結果と明示されているところをさがしてみると、つぎのところがある。(見落としもあるかと思う。)

  • 3.2節「放物運動」のうち、空気の抵抗が速度の2乗に比例するばあい (53-55ページ)。
  • 3.5節 (1)。減衰振動なのだが、抵抗が速度の2乗に比例するばあい (64-65ページ)。
  • 8.2節。いろいろな初期条件による人工衛星の運動 (130-131ページ)。
  • 8.3節「万有引力の法則の精度」。指数が 2 でなく 2.0313 であったばあい (134ページ)。
  • 9.5節「Foucault振り子」。往復運動と振動面の回転がくみあわさった軌跡 (158ページ)。(これは、積分で解を得て図化に計算機をつかったのだと思うが。)

著者が物理教育への計算機の利用を率先してやっていたことは、つぎの記事でしめされている。

【わたしは意識して数値計算による結果をふくむ本をえらんだおぼえはないのだが、結果として、力学は数値計算すればよいのだという感覚をもってしまった。本書自体には数値計算で近似解を得る方法は書いてないし、当時 (1976年) は「関数電卓」はあったものの大学1年生がつかえる「電子計算機」はなかったから、すぐはじめたわけではないのだが、のちに数値計算の勉強はまじめにやった。反面、厳密解がある微分方程式でも、積分でとくことには熱心になれず、にがてのままきてしまった。そうなったのにはさまざまな要因があり、力学の教科書の選択はそのひとつにすぎないが。】

本書は、質点、質点系の運動については、静力学を省略して、はじめから加速度のある問題をあつかっている。
剛体については、つりあいを簡単にあつかったあと、固定軸をもつ剛体の運動、剛体の平面運動 (回転軸は並進するが方向は変わらない)、固定点のまわりの剛体の運動 (こま はその例) をあつかっている。

折りかえしのあとに新装版のくわしい目次をつける。

== 目次 ==
はしがき
目次
1. 慣性の法則
– 1.1 点の位置の表わし方 直交変換
– 1.2 ベクトル
– 1.3 ベクトルの演算
– 1.4 変位ベクトル 位置ベクトル 速度ベクトル
– – (1) 変位ベクトル
– – (2) 位置ベクトル
– – (3) 速度ベクトル
– – (4) 速度の合成
– 1.5 慣性の法則
– 第1章 問題
2. 力と加速度
– 2.1 加速度
– 2.2 質点の質量
– 2.3 力と加速度
– 2.4 作用・反作用の法則
– 2.5 運動量
– 第2章 問題
3. 簡単な運動
– 3.1 落下運動
– 3.2 放物運動
– 3.3 単振動
– 3.4 減衰振動
– 3.5 他の種類の抵抗が働くときの運動
– – (1) 抵抗が速度の2乗に比例する場合の振動
– – (2) 一定の摩擦力が働く場合の振動
– 第3章 問題
4. 強制振動
– 4.1 減衰のないときの強制振動
– 4.2 速度に比例する抵抗が働くときの強制振動
– 第4章 問題
5. 運動方程式の返還
– 5.1 運動方程式の接線成分と法線成分
– 5.2 運動方程式の動径方向と方位角方向の成分
– 第5章 問題
6. 力学的エネルギー
– 6.1 力学的エネルギー保存の法則
– 6.2 質点に働く力の行なう仕事
– 6.3 保存力場
– 第6章 問題
7. 角運動量 面積の原理
– 7.1 ベクトル積
– 7.2 角運動量
– 7.3 中心力と角運動量保存の法則 面積の原理
– 第7章 問題
8. 単振り子の運動と惑星の運動
– 8.1 単振り子の運動
– 8.2 惑星の運動
– 8.3 万有引力の法則の精度
– 8.4 古典的 Rutherford 散乱
– 第8章 問題
9. 相対運動
– 9.1 Galilei 変換と運動の法則
– 9.2 慣性系に対して加速度を持つが回転はしていない座標系
– 9.3 慣性系に対し一定の加速度を持つ座標系
– 9.4 地球表面に固定した座標系で観測する運動
– 9.5 Foucault 振り子
– 9.6 Larmor 歳差運動
– 第9章 問題
10. 質点系の運動
– 10.1 運動量保存の法則
– 10.2 重心の運動保存の法則
– 10.3 角運動量保存の法則
– 10.4 重心のまわりの角運動量
– 10.5 質点系のエネルギー
– 10.6 2体問題
– 第10章 問題
11. 剛体のつり合いと運動
– 11.1 剛体のつり合い
– 11.2 固定軸を持つ剛体の運動
– 11.3 剛体の慣性モーメント
– 第11章 問題
12. 剛体の平面運動
– 12.1 剛体の平面運動
– 12.2 固定点のまわりの角運動量
– 12.3 剛体の平面運動でのエネルギー
– 12.4 撃力が働く場合
– 第12章 問題
13. 固定点のまわりの剛体の運動
– 13.1 固定点のまわりの回転に対する剛体の慣性
– 13.2 慣性楕円体
– 13.3 固定点を持つ剛体の運動方程式
– 13.4 外力を受けない、固定点のある剛体の運動
– 13.5 自由回転をする剛体の空間に対する運動
– 13.6 こまの運動
– 第13章 問題
問題解答指針
索引

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