第I部 力学・波動 |
第1章 序論 : 物理学と測定 2 |
§1.1 長さ,質量および時間の標準 4 |
§1.2 密度と原子質量 7 |
§1.3 次元解析 8 |
§1.4 単位の換算 10 |
§1.5 大きさを示すオーダーの計算 11 |
§1.6 有効数字 12 |
§1.7 数字的表記法 14 |
まとめ 15 |
エッセイ スケーリング : リリパットの物理学 フィリップ・モリソン 20 |
第2章 ベクトル 27 |
§2.1 いろいろの座標系 28 |
§2.2 ベクトルとスカラー 29 |
§2.3 ベクトルの性質 30 |
§2.4 ベクトルのスカラー成分と単位ベクトル 33 |
まとめ 37 |
第3章 1次元の運動 43 |
§3.1 平均速度 44 |
§3.2 瞬間速度 46 |
§3.3 加速度 48 |
§3.4 等加速度をもつ1次元の運動 50 |
§3.5 自由落下する物体(自由落体) 54 |
§3.6 解析学を使って導かれる運動学的方程式 57 |
まとめ 60 |
第4章 2次元の運動 70 |
§4.1 変位ベクトル,速度ベクトルおよび加速度ベクトル 70 |
§4.2 等加速度をもつ2次元の運動 73 |
§4.3 発射体の運動 75 |
§4.4 等速円運動 82 |
§4.5 曲線運動における接線方向加速度と半径方向加速度 83 |
§4.6 相対速度と相対加速度 86 |
§4.7 高速のときの相対運動 89 |
まとめ 90 |
第5章 運動の法則 100 |
§5.1 古典力学序論 100 |
§5.2 力の概念 101 |
§5.3 ニュートンの第1法則と慣性系 104 |
§5.4 慣性質量 105 |
§5.5 ニュートンの第2法則 106 |
§5.6 重量 108 |
§5.7 ニュートンの第3法則 109 |
§5.8 ニュートンの法則の適用例 110 |
§5.9 摩擦力117 |
まとめ 121 |
第6章 円運動とニュートンの法則の他の適用例 134 |
§6.1 等速円運動に適用したニュートンの第2法則 134 |
§6.2 不等速円連動 139 |
§6.3 加速している座標系て観測される運動 141 |
§6.4 抵抗力のある場合の運動 144 |
§6.5 自然界の基本的な力 147 |
まとめ 148 |
エッセイ 人工衛星軌道のダイナミックス レオン・ブリッツァー 156 |
第7章 仕事とエネルギー 159 |
§7.1 序論 160 |
§7.2 一定の力がする仕事 160 |
§7.3 2つのベクトルのスカラー積 162 |
§7.4 変化する力がする仕事 : 1次元の場合 164 |
§7.5 仕事と運動エネルギー 168 |
§7.6 仕事率 173 |
§7.7 エネルギーと自動車 175 |
§7.8 相対論的運動エネルギー 178 |
まとめ 179 |
第8章 ポテンシャルエネルギーとエネルギー保存則 188 |
§8.1 保存力と非保存力 189 |
§8.2 ポテンシャルエネルギー 191 |
§8.3 力学的エネルギーの保存 192 |
§8.4 地表付近における重力ポテンシャルエネルギー 193 |
§8.5 非保存力と仕事-エネルギー定理 196 |
§8.6 ばねに蓄えられるポテンシャルエネルギー 198 |
§8.7 保存力とポテンシャルエネルギーの関係 202 |
§8.8 ポテンシャルエネルギー-座標曲線と平衡の安定性 203 |
§8.9 エネルギー保存則に関する一般論 204 |
§8.10 質量とエネルギーの等価性 205 |
§8.11 エネルギーの量子化 206 |
まとめ208 |
第9章 運動量と衝突 219 |
§9.1 運動量と力積 219 |
§9.2 2質点系の運動量の保存 223 |
§9.3 衝突 224 |
§9.4 1次元の衝突 226 |
§9.5 2次元の衝突 231 |
§9.6 質量中心 234 |
§9.7 質点系の運動 238 |
§9.8 ロケットの推進 240 |
まとめ 242 |
第10章 固定軸のまわりの剛体の回転 254 |
§10.1 角速度と角加速度 254 |
§10.2 回転の運動学 : 等角加速度回転運動 256 |
§10.3 回転運動と並進運動に関する諸量の関係 257 |
§10.4 回転の運動エネルギー 259 |
§10.5 慣性モーメントの計算 261 |
§10.6 トルク 265 |
§10.7 トルクと角加速度との関係 266 |
§10.8 回転運動における仕事とエネルギー 270 |
まとめ 272 |
第11章 転がり運動,角運動量およびトルク 282 |
§11.1 剛体の転がり運動 282 |
§11.2 ベクトル積とトルク 285 |
§11.3 質点の角運動量 288 |
§11.4 固定軸線のまわりの剛体の回転 290 |
§11.5 角運動量の保存 293 |
§11.6 ジャイロスコープとコマの運動 297 |
§11.7 基本量としての角運動量 299 |
まとめ 300 |
第12章 静止平衡と弾性 310 |
§12.1 剛体の平衡の条件 311 |
§12.2 重心 313 |
§12.3 静止平衡にある剛体の例 314 |
§12.4 固体の弾性 318 |
まとめ 322 |
エッセイ アーチ構造 ゴードン・バットソン 332 |
第13章 振動運動 335 |
§13.1 単調和運動 336 |
§13.2 はねに付けられた物体 339 |
§13.3 単調和振動子のエネルギー 343 |
§13.4 振り子 346 |
§13.5 単調和運動と等速円運動の比較 350 |
§13.6 減衰振動 351 |
§13.7 強制振動 353 |
まとめ 355 |
エッセイ 疾走するゲーティー : 夕コマ海峡ブリッヂが崩壊する ロバートG. フラー および ティーンA. ゾールマン 363 |
第14章 万有引力の法則 370 |
§14.1 ニュートンの万有引力の法則 371 |
§14.2 万有引力定数の測定 372 |
§14.3 重量と万有引力 373 |
§14.4 ケプラーの法則 374 |
§14.5 万有引力の法則と惑星の運動 376 |
§14.6 重力場(万有引力の場) 379 |
§14.7 重力ポテンシャルエネルギー 381 |
§14.8 惑星および衛星の運動のエネルギー的考察 383 |
§14.9 大きさのある物体と質点との間の万有引力 386 |
§14.10 球形物体と質点との間の万有引力 388 |
まとめ 390 |
エッセイ ダークマター(暗黒物質) ヴァージニア・トリンブル 398 |
第15章 流体力学 406 |
§15.1 物質の壮態 406 |
§15.2 密度と圧力 408 |
§15.3 深さによる圧力の変化 410 |
§15.4 圧力の測定 412 |
§15.5 浮力とアルキメデスの原理 413 |
§15.6 流体力学 416 |
§15.7 流線と連続の方程式 418 |
§15.8 ベルヌーイの方程式 419 |
§15.9 ベルヌーイの方程式の他の応用例 421 |
§15.10 風から得られるエネルギー 423 |
§15.11 粘性 425 |
§15.12 乱流 426 |
まとめ 427 |
エッセイ カオス J.C.スプロット 438 |
第16章 力学的波動 444 |
§16.1 序論 446 |
§16.2 波のタイプ 446 |
§16.3 1次元の進行波 448 |
§16.4 波の重ね合わせと干渉 450 |
§16.5 弦を伝わる波の速度 452 |
§16.6 波の反射と透過 454 |
§16.7 調和波 456 |
§16.8 弦を伝播する調和波か伝達するエネルギー 459 |
§16.9 線形波動方程式 461 |
まとめ 463 |
第17章 音波 469 |
§17.1 音波の速度 470 |
§17.2 調和音波 471 |
§17.3 調和音波のエネルギーと強度 473 |
§17.4 球面波と平面波 474 |
§17.5 ドップラー効果 477 |
まとめ 482 |
エッセイ 木管楽器の物理学 アルマ C.ズーク 488 |
第18章 波の重ね合わせと定在波 492 |
§18.1 調和波の重ね合わせと干渉 493 |
§18.2 定在波 496 |
§18.3 両端を固定した弦の定在波 498 |
§18.4 共振 501 |
§18.5 気柱内の定在波 502 |
§18.6 棒および板の中の定在波 505 |
§18.7 うなり : 時間的な干渉 506 |
§18.8 複雑な波 509 |
まとめ 511 |
第II部 熱力学 |
第19章 温度,熱膨張およひ理想気体 520 |
§19.1 温度および熱力学の第0法則 521 |
§19.2 温度計と温度目盛り 522 |
§19.3 定積気体温度計とケルビン温度目盛り 522 |
§19.4 摂氏温度目盛りと華氏温度目盛り 525 |
§19.5 固体と液体の熱膨張 527 |
§19.6 理想気体の巨視的振る舞い 530 |
まとめ 533 |
第20章 熱と熱力学の第1法則 541 |
§20.1 熱と熱エネルギー 542 |
§20.2 熱容量と比熱 545 |
§20.3 潜熱 548 |
§20.4 熱力学的過程における仕事と熱 551 |
§20.5 熱力学の第1法則 553 |
§20.6 熱力学の第1法則の適用例 555 |
§20.7 熱伝達 558 |
まとめ 565 |
第21章 気体分子運動論 575 |
§21.1 理想気体の圧力を記述する分子モデル 576 |
§21.2 温度の分子論的解釈 578 |
§21.3 理想気体の比熱 580 |
§21.4 理想気体の断熱過程 583 |
§21.5 気体中の音波 584 |
§21.6 エネルギーの等分配 586 |
§21.7 分子の速度分布 589 |
§21.8 平均自由行程 592 |
§21.9 ファン・デア・ワールスの状態方程式 594 |
まとめ 595 |
第22章 熱機関,エントロピーおよび熱力学の第2法則 603 |
§22.1 熱機関と熱力学の第2法則 604 |
§22.2 可逆過程と不可逆過程 607 |
§22.3 カルノー機関 609 |
§22.4 絶対温度目盛り 613 |
§22.5 ガソリンエンジン 613 |
§22.6 ヒートポンプと冷蔵庫 616 |
§22.7 エントロピー 616 |
§22.8 不可逆過程におけるエントロピー変化 620 |
§22.9 エントロピーと無秩序さ 623 |
§22.10 エネルギー変換と熱汚染 626 |
まとめ 627 |
エッセイ 第3法則の謎 ハンス・クリスチャン・フォン・ベイヤー 636 |
第III部 電磁気学 |
第23章 電場 646 |
§23.1 電荷の性質 646 |
§23.2 絶縁体と導体 649 |
§23.3 クーロンの法則 650 |
§23.4 電場 654 |
§23.5 連続的に分布する電荷がつくる電場 658 |
§23.6 電気力線 661 |
§23.7 一様な電場における荷電粒子の運動 663 |
§23.8 オシロスコープ 666 |
まとめ 667 |
第24章 ガウスの法則 678 |
§24.1 電束 678 |
§24.2 ガウスの法則 681 |
§24.3 帯電した絶縁体へのガウスの法則の適用 683 |
§24.4 静電平衡にある導体 687 |
§24.5 ガウスの法則およびクーロンの法則の実験的検証 689 |
§24.6 ガウスの法則の導出 690 |
まとめ 691 |
第25章 電位 700 |
§25.1 電位差と電位 701 |
§25.2 一様な電場における電位差 702 |
§25.3 点電荷による電位とポテンシャルエネルギー 705 |
§25.4 連続的に分布する電荷がつくる電位 707 |
§25.5 電位から電場を求める方法 710 |
§25.6 帯電した導体の電位 713 |
§25.7 ミリカンの油滴の実験 716 |
§25.8 静電気学の応用例 717 |
まとめ 721 |
第26章 容量および誘電体 732 |
§26.1 容量の定義 733 |
§26.2 容量の計算 734 |
§26.3 コンデンサーの接続 737 |
§26.4 帯電したコンデンサーに蓄えられているエネルギー 740 |
§26.5 誘電体を挟んだコンデンサー 742 |
§26.6 外部電場の中におかれた電気双極子 747 |
§26.7 誘電体の原子論的記述 748 |
まとめ 751 |
第27章 電流と抵抗 763 |
§27.1 電池 764 |
§27.2 電流 765 |
§27.3 抵抗とオームの法則 768 |
§27.4 いろいろの導体の抵抗 772 |
§27.5 超伝導体 774 |
§27.6 電気伝導のモデル 775 |
§27.7 電気的エネルギーと電力 778 |
§27.8 家庭の電気回路におけるエネルギー変換 779 |
まとめ 781 |
第28章 直流回路 788 |
§28.1 起電力 789 |
§28.2 直列接続および並列接続した抵抗器 790 |
§28.3 キルヒホッフの法則 795 |
§28.4 RC回路 799 |
§28.5 電気的測定装置 804 |
§28.6 ホイートストンブリッジ 806 |
§28.7 電位差計 806 |
§28.8 家庭の配線と電気の安全性 807 |
まとめ 809 |
エッセイ 指数関数的成長 アルバート A.バートレツト 821 |
第29章 磁場 828 |
§29.1 序論 829 |
§29.2 磁場の定義と性質 830 |
§29.3 電流の流れる導体に作用する磁気力 833 |
§29.4 一様な磁場の中でループ電流に作用するトルク 836 |
§29.5 磁場における荷電粒子の運動 839 |
§29.6 磁場における荷電粒子の運動例 843 |
§29.7 ホール効果 847 |
§29.8 量子ホール効果 849 |
まとめ 850 |
第30章 磁場の発生源 859 |
§30.1 ビオ-サヴァールの法則 860 |
§30.2 2本の平行な導線間の磁気力 864 |
§30.3 アンペールの法則 865 |
§30.4 ソレノイドのつくる磁場 870 |
§30.5 ソレノイドの軸線上の磁場 871 |
§30.6 磁束 872 |
§30.7 磁気に関するガウスの法則 874 |
§30.8 変位電流と一般化したアンペールの法則 875 |
§30.9 物質内の磁気 876 |
§30.10 地球の磁場 885 |
まとめ 886 |
第31章 ファラデーの法則 898 |
§31.1 ファラデーの電磁誘導の法則 899 |
§31.2 運動起電力 903 |
§31.3 レンツの法則 905 |
§31.4 誘導起電力と電場 908 |
§31.5 発電機とモーター 910 |
§31.6 渦電流 913 |
§31.7 マクスウェルの素晴らしい方程式 914 |
まとめ 916 |
第32章 インダクタンス 928 |
§32.1 自己インダクタンス 929 |
§32.2 RL回路 930 |
§32.3 磁場のエネルギー 933 |
§32.4 相互インダクタンス 936 |
§32.5 LC回路に生じる振動 937 |
§32.6 RLC回路 942 |
まとめ943 |
第33章 交流回路 953 |
§33.1 交流電源と位相ベクトル 954 |
§33.2 交流回路における抵抗器 954 |
§33.3 交流回路におけるインダクター 957 |
§33.4 交流回路におけるコンデンサー 959 |
§33.5 直列RLC回路 960 |
§33.6 交流回路に供給される電力 963 |
§33.7 直列RLC回路の共振 965 |
§33.8 フィルター回路 968 |
§33.9 変圧器と送電 969 |
まとめ972 |
第34章 電磁波 981 |
§34.1 マクスウェルの方程式とへルツの発見 983 |
§34.2 平面電磁波 985 |
§34.3 電磁波が運ぶエネルギー 989 |
§34.4 運動量と放射圧 991 |
§34.5 無限大の面電流から放射される電磁波 993 |
§34.6 アンテナによる電磁波の発生 995 |
§34.7 電磁波のスペクトル 999 |
まとめ 1001 |