【入門】大学物理の力学ってどんな分野？

 

今日は、高校でも大学でも一番最初に習う「力学」について紹介します。

 

力学は、物理のいわば入り口で物理の基本的な要素をたくさん含んでいます。

 

【力学って何？】

大学物理で学ぶ力学は、簡単に言うと、力と運動の関係を扱う学問です。

 

私たちの身の回りには、「動いていないものはない」といっても間違えではありません。

 

例えば、風が吹いて天気は日々変わり、停止している車も動き、車の部品も止まることなく作動しています。

 

身の回りのものというと主語が大きいですが、あなたの周囲を見渡しても動いているものが多いと思います。扇風機にせよ、鳥にせよ、机の上にある消しゴムにせよ今は動いていなくても弾力があり曲げることができます。

 

力学は、ものの運動を扱い、日常生活における物体の運動をほぼ正確に予測できます。あるものにどんな力を加えたらどのような動きをするか、日常生活であるものの動きは今日紹介する力学でほぼ全て説明ができるのです。

 

≪予測できない時もあるのか≫

 

先に「ほぼ正確に予測」と述べました。

 

‘’ほぼ’’ なので全てではなく、実用的に考える上では問題なく予測できます。ただし、日常から少し離れると、この力学が成立しないこともあります。

 

日常からの離れには、大きく2つあり1つ目は「速さ」。取り扱う物体の速さがものすごく速くなると力学が成立しなくなり、相対性理論というものが必要になります。

 

速さは目に見える速さではなく、光速と比較しての速さです。

 

そして、2つ目は「大きさ」です。ものすごく小さい世界では、力学が成立しなくなり、量子力学という分野が必要になります。この大きさも、目に見える小ささではなく分子などのレベルでの小ささを指します。

 

日常レベルで扱う力学を、別名「古典力学」とも呼びます。古典というと古臭いと思うかもしれませんが、古いので使えないではなく今でももちろん非常に有能な学問です。

 

現在も、日常的に何かを設計したり作る場合は、この力学の知識が使われています。

 

【大学物理と高校物理の違い】

 

力学はどのようなものかについて紹介してきましたが、ここからは大学物理と高校物理の違いについてです。

 

まず、忘れないでほしいのが高校も大学も学ぶのは物理です。全く別の学問ではなく、同じ物理で共通しているということです。

 

ただし、学ぶ多さ、複雑さなど取り扱うものが異なり、例えば「ベクトルの使用」と「微積の使用」です。大学物理では高校までとは違い、これらを使います。

 

≪求められる数学の知識≫

 

物理には数学の知識が必要というのは知っていると思います。

 

例えば、ベクトル解析。大学物理ではベクトルを使用すると述べましたが、高校ではないベクトルを微分するというのが大学物理ではあります。そして、微分方程式などです。

 

【力学(物理)と基本法則】

世の中には、太陽の周りを地球が一定の周期で回ったり、海では12時間おきに潮の満ち引きが起こったり、サッカーのルールだったりいろんなルール、規則があります。

 

自然界やサッカーのような人間が決めた規則があり、特に自然界は人間が観察することでわかった法則です。

 

基本原則というのは、力学だけに限らず物理ではいろんなものが出てきます。教科書にもたくさんの基本原則が載っていますが、昔からあったわけではありません。

 

昔の人たちが、観察していろんな法則を発見しました。その基本法則を発見した先人たちの喜びはものすごかったでしょう、今の人たちには到底理解できないような喜びがあったはずです。

 

私たちはその喜びは味わえませんが、教科書にあるそれらの法則を理解する喜びは残されています。

 

物理は、大発見があるごとに基本原則が大きく変わることがあり、より良い法則があればどんどん修正されていきます。これからもどんどん新しい発見があるかもしれません。そう考えると楽しくないですか？

 

今日は、大学物理の力学についてでした。

 

少し難しい内容になりましたが、大学物理を勉強する人にとっては最初の学問になるので、しっかり理解しておきたいです。

 

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