*物理 [#qe653d0f]
**はじめに [#i6bfc270]
物理は自然科学でも特に古い歴史があります。

化学は、古代の四元素説から中世の錬金術そしてフロギストン説を近代まで引きずる中で、アボガドロにより原子の概念が正しく与えられ、長岡・ラザフォードそしてボーアにより量子力学につながる原子模型の定義がなされ、近代に於いてのみ現在の化学が認められます。また生物はフック(フックの法則の人)により細胞壁が発見された頃や、古くからの農耕技術の獲得の系譜に、近代生物を見出すことができます。

ところが一方の物理は古くはアルキメデスの原理然りで、可成り昔から理解されていました。古代ギリシアでの物理とは力学の範囲になりますが、これが古くから在るということは、普段一般に目にし易い現象であり、理解しやすい(または近似的値を得易い)現象であるということです。もちろん天動説なんてものもありますが、古来は地動説があったらしいので、とくにそれが物理の興隆を近代にのみ求める理由とはならないでしょう。

尚ここでは高校物理の範囲を中心に物理学を解説します。始めは[[VIP的物理講座(初級編)]]をみればいいかも知れませんよ。

#contents

*力学 [#s5367667]
**古典力学(ニュートン力学) [#kf40e009]
1687年にニュートンによって画期的な理論が示された。『''Philosophiae naturalis principia mathematica'' '''プリンキピア(自然哲学の数学的諸原理)'''』という著作で、自然現象を数学で定義できることが発表された。彼の題の通り。

ニュートンは微分積分学の功労者その一人であり、ニュートンの考えを導入した力学は、ニュートン力学と呼んだ。
**自然科学の心構 [#e4adc43b]
数学では原点の如きが与えられる事が多いが、自然科学では自分で決めねばならない。鉛直投げ上げの単純な問題も、どこを高さ0にするかで計算式を変えなくてはならない。これは下記の積分定数を除去する場面の流れににている。

あるビルの上でボールを投げた時、ボールの座標はどこを起点にして決めるべきなのか。ボールにかかる力は何と何を考えなくてはならないのか。ビルは地球にある、そうあれば地球の中心を起点にすればよいのか、地球は太陽系にある、ならば太陽にすべきなのか、それとも銀河、いや宇宙の中心を起点にするべきなのか。どれを無視して、どれが''無視できない''のか。そこを見極めなければならない。尚、鉛直投げ上げ程度では重力加速度とか以外の天体の運動とかは充分に無視できるよ(弾道学とかは違うらしいけどね)。

**物体の運動 [#oaeae5ef]
物体の運動は微分・積分法に依り定義できる。時刻tでの運動を考えよう。ある時刻t0と時刻t1の差がt1-t0=Δtのとき、Δtが0に近似する時、その一定時間の変化量は平均値に等しくなる(ここが分からない場合は微分法を見直して欲しい)。

ある座標系での物体の座標を表すベクトルを&mimetex(\vec{p});とする。速度はある一定時間の座標の変化量の平均であるので、ベクトルpを時刻tで微分した物であり、&mimetex(\vec{v});とする。加速度はある一定時間の速度の変化量の平均であるので、ベクトルvを時刻tで微分した物であり、&mimetex(\vec{a});とする。

&mimetex(\vec{v}=\frac{d}{dt}\vec{p}); &mimetex(\vec{a}=\frac{d}{dt}\vec{v});

逆に時刻 &mimetex(a \le t \le b); での加速度だけや速度だけが分かってる時、上の式を積分すればよいだけなので次の様に出来る。

&mimetex(\vec{v}=\int_{a}^{b} \vec{a}\, dt); &mimetex(\vec{p}=\int_{a}^{b} \vec{v}\, dt);

不定積分での積分定数は t=a の時など既知の値を導入すれば払うことができる(ここが重要)。これを特殊化すると等加速度運動の公式が得られる。なおベクトルpが通過した延べの距離L(道程)は次の様に定められる。

&mimetex(L=\int_{a}^{b} |\vec{v}|\, dt);

速度のベクトルvの大きさを時刻tで微分すると通過した道程となる(詳しくは註を見よ)。単純に現在の座標を求める場合にはベクトルの各座標を積分し、移動した距離を求めるにはベクトルの大きさを積分する必要がある。

**力学の註 [#ga54f4a1]
数学Ⅲでは函数&mimetex(x=f(t), y=g(t));を与えた時に(x,y)がとる軌跡の道のりLは

&mimetex(L=\int_{a}^{b} \sqrt{(\frac{dx}{dt})^2+(\frac{dy}{dt})^2}\, dt=\int_{a}^{b} \ sqrt{\left\{f'(t)\right\}^2 + \left\{g'(t)\right\}^2}\, dt);

と与えられるが、教科書の證明を見ても明らかであるように、これは上述の座標を表すベクトルp(x,y)を媒介変数tで微分しその変化量たる所謂「速度」を考え、更にその速度ベクトルの大きさを求めて、最後に媒介変数tで積分する作業に他ならない。

&mimetex(y=f(x));などの時は、t=xとすると&mimetex(\frac{dx}{dt}=1,x=t,y=g(t));であるから、上式を置換積分すればよい。

&mimetex(L=\int_{a}^{b} \sqrt{(1+(\frac{dy}{dx})^2}\, dx);

*熱力学 [#a335fb13]
*波動 [#d2477a16]
*電気(静電気と電流) [#g2bc0263]
*電磁(電流と磁界) [#wec89651]
*核物理学(原子と原子核) [#n5ae8307]

*補稿 [#h264cafe]
**相対性理論 [#v9a5fc7d]
古典力学を解体した理論です。理解には線形代数とかリーマン幾何学の知識が必要なんだぜ。
***相対性理論(Relational Theory)とは [#b7d7c2a9]
独物理学者アルバート・アインシュタインによって生み出された
古典(=量子論に非対応)物理論のこと。~
それまでのニュートン力学では時間は絶対の尺度であり、遠隔作用は
瞬間的に働くものだと思われていた。
それに対して、光速が普遍の尺度であり、時間系もその観測者の系によって異なる=相対的であることを提唱したのである。~
彼はこの理論によって物理学における時間と空間、さらに質量とエネルギーを統合した。

***一般相対性理論 [#i695b94f]
-[[一般相対性理論>./一般相対性理論]]
***特殊相対性理論 [#ac064e1e]
-[[特殊相対性理論>./特殊相対性理論]]

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