機械系に役立つ基礎物理

機械系に役立つ基礎物理

著者名 岸野 正剛
原 利次
発行元 丸善出版
発行年月日 2011年10月
判型 A5 210×148
ページ数 208ページ
ISBN 978-4-621-08436-6
Cコード 3042
ジャンル 物理学 >  基礎物理学
機械・金属・材料

内容紹介

機械系の学生に役立つ物理の教科書。 高校の物理でつまずいた経験のある学生、高校で物理を学ばずに大学の機械系学科に入学した学生に適している。解説がやさしく丁寧なので、とにかく理解し、ついてゆくことができる。例題や演習問題は本文を読めば誰でも解けるように工夫してあり、物理に苦手意識をもたなくなる教科書。 機械いじりや工作が好きで、エンジンやバイクのメカ好きな、物理が苦手な機械系学生にお奨め。 本書「機械系に役立つ基礎物理」で「物理好き」までにはならなくても、物理がわかるようなる。

目次

1 原子,分子と機械工学1

1.1 原子とマイクロマシン,および先端構造材料1
1.1.1 歯車から始まったマイクロマシン1
1.1.2 ナノサイズの先端構造材料3
1.2 原子と電子4
1.2.1 原子の構造4
1.2.2 電子の性質7
1.2.3 イオン7
1.3 原子の集合とその性質8
1.3.1 分 子8
1.3.2 原子の結合9
1.3.3 固体の種類10
1.3.4 結晶および単結晶と多結晶の違い11
演習問題12

2 力学の基礎物理15

2.1 運動の法則15
2.1.1 ニュートンの発見と運動の三つの法則15
2.1.2 簡単な微分と積分の説明17
2.1.3 運動の方程式で慣性の法則の謎を解く19
2.2 物体に働く力21
2.2.1 加速度,質量および力21
2.2.2 力のつり合いおよび剛体に働く力とモーメント23
2.3 速度と加速度および位置(距離)26
2.3.1 速さと速度26
2.3.2 速度,加速度と距離の関係26
2.4 等速直線運動と等加速度運動27
2.4.1 運動の種類27
2.4.2 等速直線運動28
2.4.3 等加速度直線運動28
2.5 重力加速度を伴う運動29
2.5.1 重力加速度による自由落下運動29
2.5.2 真上に投げた物体の運動30
2.5.3 斜め上に投げた物体の運動31
2.6 円運動と単振動33
2.6.1 等速円運動とその特徴33
2.6.2 単振動(調和振動)35
2.6.3 ばね振り子と単振り子37
2.7 運動量と力積,および運動量保存の法則39
2.7.1 運動量と力積39
2.7.2 運動量保存の法則40
2.7.3 角運動量と天体の運動および万有引力41
2.8 摩擦力と衝突現象45
2.8.1 力と摩擦45
2.8.2 弾性衝突と非弾性衝突47
2.9 仕事とエネルギー47
2.9.1 仕事と仕事率およびエネルギー47
2.9.2 重力加速度による位置のエネルギー48
2.9.3 弾性力による位置のエネルギー49
2.9.4 運動エネルギー49
2.10 エネルギー保存の法則50
2.10.1 力学的エネルギーの保存則50
演習問題52

3 熱と熱エネルギー57

3.1 熱と温度57
3.1.1 熱の正体と熱平衡,および熱の伝達57
3.1.2 熱容量と比熱58
3.2 熱エネルギー60
3.2.1 熱エネルギーと統計処理60
3.2.2 気体のエネルギーと状態方程式61
3.2.3 内部エネルギー63
3.3 熱力学の法則および断熱変化と気体の比熱64
3.3.1 熱力学第一法則と断熱変化64
3.3.2 気体の比熱への応用66
3.3.3 熱力学第二法則とエントロピー増大の原理67
3.4 熱機関への応用69
3.4.1 代表的な熱機関69
3.4.2 熱効率69
演習問題70

4 物質の基本構造と材料73

4.1 物質の状態と固体73
4.1.1 温度による物質の状態の変化73
4.1.2 固体の分類75
4.1.3 金属と周期表76
4.2 結晶,単結晶,多結晶77
4.2.1 結 晶77
4.2.2 結晶の構造77
4.2.3 単結晶78
4.2.4 多結晶78
演習問題79

5 波と音,および光の物理81

5.1 波と波の性質81
5.1.1 波の性質81
5.1.2 波の種類83
5.1.3 波の重ね合わせと干渉,定常波,および進行波83
5.1.4 波の伝わり方と回折,反射および屈折85
5.2 音と音の現象86
5.2.1 音とドップラー効果86
5.2.2 音の速さと共鳴,および,うなり88
5.3 光とその性質,および応用89
5.3.1 光の性質89
5.3.2 反射,屈折,分散および散乱89
5.3.3 回折,干渉および偏光90
5.3.4 レンズ93
5.3.5 レーザの発明と応用94
5.3.6 光通信96
演習問題98

6 流体と流体の力学の基礎101

6.1 流体とその特徴101
6.1.1 流体の特徴,および気体と液体101
6.1.2 密度と圧力,および水圧と気圧102
6.1.3 ボイルの法則とシャルルの法則104
6.1.4 ボイル-シャルルの法則104
6.2 流体の力学105
6.2.1 パスカルの原理105
6.2.2 アルキメデスの原理106
6.2.3 ベルヌーイの定理108
6.3 流体および流体力学の応用109
6.3.1 実用機械への応用の歴史109
6.3.2 流体現象の応用機械109
演習問題110

7 電気現象の基礎物理113

7.1 静電気と磁気,およびクーロンの法則113
7.1.1 静電気と電荷,および電気力線113
7.1.2 電気のクーロンの法則115
7.1.3 磁気と磁荷,および磁気のクーロンの法則118
7.2 電界と電位,電流,および抵抗119
7.2.1 電界と電位,および相互の関係119
7.2.2 電流と抵抗121
7.2.3 電流密度と抵抗率122
7.2.4 直流と交流および電力と起電力123
7.2.5 抵抗の接続と合成抵抗124
7.2.6 コンデンサの静電容量126
7.2.7 コンデンサの接続と合成容量127
7.3 電流と磁気の関係,および電流の発生128
7.3.1 電流による磁気の発生:エルステッドの実験と
アンペールの右ねじの法則128
7.3.2 ファラデーの実験と電流の発生130
7.3.3 電磁誘導の法則131
7.4 電気分解と電池133
7.4.1 電気分解とその応用133
7.4.2 電 池134
7.5 電気回路,電子回路および論理回路と制御135
7.5.1 電気回路と電子回路の違い135
7.5.2 キルヒホッフの法則136
7.5.3 論理回路と制御138
演習問題140

8 量子論の基礎および原子の物理143

8.1 量子論の基礎事項143
8.1.1 溶鉱炉からの光の分布:飛び飛びのエネルギーの誕生144
8.1.2 波の性質をもつ粒子と波動関数147
8.1.3 パウリの排他律の関係149
8.1.4 不確定性原理151
8.2 原子の物理152
8.2.1 原子の構造152
8.2.2 電子の性質の二重性155
8.2.3 原子核155
8.2.4 X線と放射線156
演習問題158

演習問題の解答161

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