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最終更新日:2026年10月16日

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振動・波動論

振動・波動論
音や光は我々が生存してゆく上で決定的に重要な情報を担い,音楽,美しい景色,絵画,写真と生活に喜びを与えてくれる.
音と光は共に波動現象の典型例であるが,我々の知的興味を引き付ける振動・波動現象は身近なところに数多く存在する.
たとえば,ブランコはどうして漕げるのだろうかとか,海の波はどうして波打ち際で砕けるのだろうかなど.
また,建造物や製品の設計においても,振動・波動の影響は欠かせない.
このように我々の日常と密接に関わっている振動・波動現象を,物理学の基本法則により根本的に理解することがこの講義の目的である.
その内容は古典的な場の理論の初歩を含み,引き続き量子力学,場の量子論を学ぶ者にとっては必須なものでもある.
主な項目は以下の通りであるが,実際の内容や順序は教員によって多少の違いがあり、特に*印のついた項目は省略される場合がある.

1. 序論

2. 1自由度系の振動
 ・単振動
 ・減衰振動
 ・強制振動,共鳴,Q値
 *パラメーター励振
 *簡単な非線形振動

3. 連成振動
 ・2自由度系 
 ・基準振動,うなり
 ・N自由度系

4. 1次元の波動
 ・弦,弾性体,気柱 
 ・縦波と横波 
 ・波動方程式 
 ・反射と透過
 *波のエネルギー
 *インピーダンス

5. フーリエ級数,変換の方法 
 ・考え方,基本事項,線形性 
 ・波束 
 ・位相速度と群速度
 *不確定性関係

*6. 2,3次元の波 
 *波動方程式 
 *平面波
 *球面波 
 *水の表面波
 *反射と屈折
 *干渉,回折
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時間割/共通科目コード
コース名
教員
学期
時限
31111
CAS-GC1E11L1
振動・波動論
澤井 哲
S1 S2
金曜2限
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講義使用言語
日本語
単位
2
実務経験のある教員による授業科目
NO
他学部履修
不可
開講所属
教養学部(前期課程)
授業計画
第1回 オリエンテーション 単振動 バネ 第2回 振り子 LC回路の例 複素数と複素平面 力学系と状態空間 第3回 力学系と状態空間 固定点と安定性 二つの質点の例 第4回 減衰振動 エネルギーの散逸 強制振動 第5回 共鳴 基準座標、2粒子系の振動 第6回 うなり 基準座標 第7回 基準振動 3粒子系の振動 多粒子系の振動 第8回 多粒子系の振動 固有ベクトル 縦波と横波 第9回 連続体の振動 気柱の振動 第10回 気柱の振動 弦の振動 フーリエ級数 第11回 フーリエ級数展開 波動方程式 第12回 波の反射と透過 フーリエ積分・変換 第13回 波束 群速度 分散関係
授業の方法
板書による講義を中心とし、適宜プリント資料、動画資料を提供する。
成績評価方法
レポート課題と期末試験による。
履修上の注意
1年生のS,Aセメで履修する力学、線形代数、微積分の知識を前提とするため、初年次Sセメでの履修には注意すること。