振動・波動論

科目ナンバリング U-LAS12 10016 LJ57 開講年度・開講期 2021 ・ 前期
単位数 2 単位 授業形態 講義
配当学年 主として2回生 対象学生 理系向
使用言語 日本語 曜時限 火5
教員 引原 隆士 (工学研究科 教授)
中西 俊博 (工学研究科 講師)
授業の概要・目的 単振動子から結合振動子力学的運動を基本に,自然界のさまざまな分野に共通して登場する振動・波動の基礎について講義する.
到達目標 振動から波動に関する現象の物理の一般性を習得できる.講義では,振動および波動に関する具体的なイメージを持つことを期待する.
授業計画と内容 単振動より始めて,減衰振動および強制振動を扱い,自由度が2の場合の連成振動を考察する.次に,一般の自由度の基準振動モードと基準座標について学ぶ.さらに,連続体の振動とそれを記述する波動方程式を述べ,その解の性質や固有振動を取り扱う方法を論じる.さらに光,電磁波に対して拡張し, 波の重ね合わせによる干渉や回折などを説明する.
授業内容・項目は以下を予定している.

第1回 運動と振動
振動と単振動,ポテンシャルと振動
第2回 単振動の減衰
振動減衰の解
第3回 強制振動
強制振動の応答,共振
第4回 パラメトリック振動,自励振動
第5回 少数自由度系の連成振動
結合振子,二重振子,固有振動と振動の重ね合わせ,うなり
第6回 多自由度系の振動
一次元結合振動子,分散関係
第7回 連続体の振動
波動方程式,振動モード
第8回 音の波
第9回 一次元の波動
ダランベール解
第10回 光の伝搬
電磁波,マクスウエル方程式
第11回 電磁波の伝搬
三次元波動方程式,平面波,偏光, 電磁波のエネルギー
第12回 光の屈折・反射
電場・磁場の境界条件,電磁波の透過と反射
第13回 光の干渉
第14回 光の回折、分散
第15回 フィードバック授業
成績評価の方法・観点 定期試験及びレポート(4回程度)により評価する. 割合は定期試験8割, レポート2割を基本とする.
履修要件 受講者は物理学基礎論A,Bを履修していることが望ましい.
スタート時点では電磁気学の知識は必要ではないが,授業中必要になる知識については,自学自習を求める.
授業外学習(予習・復習)等 授業前に教科書・参考書等を用いて予習しておくことが望ましい. また, 授業の進度に合わせて提示するレポートに取り組むこと.
教科書 振動・波動・光講義ノート, 引原, 中西, (サイエンス社 )

参考書等 振動・波動に関する一般的な教科書
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