理工学部Faculty of Science and Engineering
MEC100XB（機械工学 / Mechanical engineering 100）機械力学入門Introduction to Machine Dynamics
チャピ ゲンツィCAPI Genci
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 理工学部Faculty of Science and Engineering |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2021 |
| 授業コードClass code | H5126 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
| 曜日・時限Day/Period | 水3/Wed.3 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 小金井 |
| 教室名称Classroom name | |
| 配当年次Grade | |
| 単位数Credit(s) | |
| 備考（履修条件等）Notes | |
| 他学部公開科目Open Program | |
| 他学部公開（履修条件等）Open Program (Notes) | |
| グローバル・オープン科目Global Open Program | |
| 成績優秀者の他学部科目履修制度対象Interdepartmental class taking system for Academic Achievers | |
| 成績優秀者の他学部科目履修（履修条件等）Interdepartmental class taking system for Academic Achievers (Notes) | |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
| SDGsCPSDGs CP | |
| アーバンデザインCPUrban Design CP | |
| ダイバーシティCPDiversity CP | |
| 未来教室CPLearning for the Future CP | |
| カーボンニュートラルCPCarbon Neutral CP | |
| 千代田コンソ単位互換提供（他大学向け）Chiyoda Campus Consortium | |
| カテゴリー＜理工学部＞Category |
機械工学科機械工学専修 学科専門科目 |
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Outline (in English)
In this lecture the students will learn to derive the dynamic equations of mechanical engineering systems. In particular, the students will learn about solution of static problems using vectors, various coordinate systems and coordinate transformation, kinetic and potential energy, force and moment, and equations of motion.
Goal
The students will understand:
1)Theory of vectors and its application in machine dynamics.
2)The kinematics and dynamics of mass particle.
3)The kinetic and potential energy.
4)The equations of motion of the dynamical system.
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
高等学校の物理の中の力学は，与えられた公式を如何に問題に適用して求めるかであったが，この講義ではベクトルの演算を基礎として，それらを導き出す過程を学ぶ．特にベクトルを用いた静力学問題の解法，各種の座標と座標変換，運動エネルギーとポテンシャルエネルギー，力とモーメントと運動方程式などについて学ぶ．例えば，「3次元空間におけるモーメントの定義はベクトルの外積によって与えられる」や，「仕事と運動エネルギーの原理」などは上級学年においても必要とされる知識である．
到達目標Goal
ベクトルの基本演算のスカラー積とベクトル積について理解し，その力学における応用ができること．
質点の力学について，運動学と動力学を理解すること．
運動エネルギーとポテンシャルエネルギーの定義からその応用までを理解すること．
二自由度の力学系までの運動方程式を導出できること．
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち、「DP1」と「DP2」と「DP4」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
授業計画については、学習支援システムでその都度提示する。
将来ロボット工学や飛行体の力学などに応用が可能なニュートン力学の基本的知識の獲得と実問題への応用力の獲得を目指して学習を行う．
教科書の内容を詳細に説明したプリントや資料および力学系シミュレーションソフトを使用してわかりやすく基本式の誘導や問題の解法を解説する．
オフィス・アワーで、課題（試験やレポート等）に対してフィードバックを行う。.
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
第1回：力学の学問体系と単位系
力学問題の概要と基礎的な知識として，力学の学問体系と単位系について例を挙げ，わかりやすく解説する．
第2回：ベクトルの性質(基本ベクトル，方向余弦)
この講義内で使われるベクトル演算の基本としてベクトルの性質，方向余弦について解説する．
第3回：ベクトルの演算（内積，外積）
ベクトルの基本的な演算である加法，乗法（内積および外積）について演習を交えて解説する．
第4回：モーメント，角速度ベクトル
３次元空間でも用いられるモーメントの定義によって力のモーメントや角運動量がベクトルであることを理解する．
第5回：時間によるベクトルの微分
速度ベクトルが位置のベクトルの時間微分であることを知り，回転座標系における微分演算の公式を誘導する．
第6回：座標変換
直角座標，円柱座標，球座標，空間曲線の接線成分と法線成分による表示式について学ぶ．
第7回：静力学問題とベクトル
静力学問題を解く方法としてベクトルを用いた自由物体線図の描き方を学び，各種の問題を解く．
第8回：質点の運動学 各種座標系と位置，速度，加速度の表示式
各座標系について，質点の位置，速度，加速度をいかに表すかについて学ぶ．
第9回：質点の運動学 質点の運動の例題
質点の運動の例題として各座標系をどのように使い解を求めるかを学ぶ．
第10回：質点の動力学（運動方程式）
ニュートンの運動の法則について解説し，質点に力が加わった時の運動を表す運動方程式の導き方について学ぶ．
第11回：質点の動力学（エネルギー）
仕事とエネルギーの関係を知り，運動エネルギーを定義し，仕事と運動エネルギーの原理を導く．位置エネルギーの定義を知る．
第12回：質点の直線運動・投射体
の運動
質点に加わる外力が時間の関数であったり，速度の関数であったりする場合などについて運動方程式を誘導する．
第13回：質点系の動力学
質点系・重心の運動, 全運動量保存の法則, 全角運動量保存の法則について学ぶ．
第14回：剛体の運動学
直線運動と回転運動の関係性, 各種形状の慣性モーメント, 剛体の自由度について学ぶ.
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
【本授業の準備・復習等の授業時間外学習は、4時間を標準とする】１年次の前期には力学の基礎が設けられているので，そこでの理解を十分にやっておくこと．この講義では，基本的なベクトルの演算が必要なので線形代数の基本をこなしておくこと．また，微分，積分の基礎も使われることを知っておくこと．
テキスト（教科書）Textbooks
中川憲治著：「工科のための一般力学」、森北出版
参考書References
田中皓一著：「工業力学入門」、コロナ社
井口英雄他，「理工系のための力学」，東京図書
成績評価の方法と基準Grading criteria
評価方法： ほぼ100％期末試験で評価するが，最終判定では授業とレポートにおける演習への参加とその結果も考慮する．
評価基準： 本科目において設定した達成目標を60％以上達成している学生を合格とする。
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
理論的な内容が多い．公式を丸覚えして問題を解くというのではなく，公式とされている式の誘導やその原理など に重点を置いて解説する．基本を理解すれば困難そうな問題も比較的簡単に解けることを知ってほしい．
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
講義ノートをプロジェクターで表示し，板書を補う．
力学系のシミュレーションソフトによるリアルタイムシミュレーションを示し，理解を深める．