は じ め に
はるかな昔から人々は，さまざまな自然現象に興味をもち，それらがどのような法則に従って 起こるのかを探求してきました．その結果，一見無関係に見える自然現象も，実は簡単な法則に 基づいていることがわかり，その法則を，数学という言葉を用いて表現してきました．このよう に，自然現象にひそむ普遍的な法則を探索する学問が物理学（physics）なのです．古典物理学 では，物体の運動と力，電気と磁気，熱とエネルギーなどが対象でしたが，現代物理学では，宇 宙のでき方や進化の仕方のような大きなスケールのものから，物質の究極の構成要素である素粒 子のような小さなスケールものに至るまで，広い範囲におよんでいます．これは，人間が，巨視 的（マクロ）な世界から微視的（ミクロ）世界まで支配している，高度な普遍的な法則性を見出 した結果によるものです．物理学は，考え方やアプローチの仕方が，自然の理にかなっている学 問であるからこそなし得た技といえるでしょう． 今日では，物理学のもつ考え方や手法は，工学はもとより，化学，生物学，医学など他分野に も取り入れられ，新しい研究分野が切り開かれています．では，物理学の基礎として何を学んだ らよいでしょうか．この本では，力学であるとしました．力学は，身近な物体や，はるかな天体 の運動を，ニュートンの運動方程式を基礎にして理解する学問です．力学を学ぶことにより，自 然現象を考える上で基礎となる概念の多くを知ることができるからです．方程式で運動を捉える ために，数学（微分と積分，ベクトル）の知識が不可欠です．しかし，本書では，第 1 章は日常 的になじみの深い速度と加速度から出発します．物理学は，測定を基礎に始まった学問なので， はじめに物理量を測定する単位系，次元，有効数字などから学びはじめるのが理にかなっていま す．しかし，初学者は，これから入ると物理的興味をそぎがちなので，これらはあとの付録の部 分で述べてあります．第 1 章から読み進めていく過程で，その重要性が理解できたとき，改めて 読みはじめてもよいし，必要な個所をマニュアル的に見るためにもよいでしょう．この考え方の 流れに沿って，物理法則を記述したり，問題を解く際に必要な数学公式やベクトルも，付録にま とめました． 本書は，高校物理と大学物理を融合し，演習を通して大学物理を理解することを目標にしまし た．高校の数学と物理は学んだとしても，別々の記憶のチャンネルに収められていることを反省 し，両者は両輪のように密接な関係にあることを，初期的段階から認識できるようにしました． 本書の特徴は，演習を通して物理を理解することにあります．付録でも，公式の羅列だけではな く，演習を随所に取り入れ，計算力の涵養に努めました．この方式は，近畿大学理工学部の基礎 専門科目の物理学で採用され好成績を収めています．ここでは，半期 2 コマ続きの授業を，講義 と演習を一体化して行っています．また，例題や演習問題も，できるだけ高校の物理で取り上げたものを使用し，これらを，微分・積分・ベクトルを用いて，大学物理で深く理解することを目 指しています．さらに，本書は高校で物理を十分に学ばずに大学に入った学生でも，基礎から学 べる教科書であると同時に，基本問題より高度な内容を含む発展問題も掲げ，ハイレベルの学生 の知的好奇心を満たせるよう十分配慮しました．力学を通して学んだ物理の基本的な概念が理解 でき，物理法則の数式表現に習熟できれば，電磁気学など他の分野を勉強する上で十分な基礎能 力を備えたことになります． この本を通じて，一見無関係と思われる現象間に存在する奇妙な数学的共通性は，実は自然界 に潜んでいる普遍的な物理法則の現れであることを知ったとき，もっと自然の諸現象を統一的に 記述する法則を求め，この法則で未知の現象を予言したり，自然を能動的に制御したいという衝 動にかられることでしょう．さあ，ミクロの世界からマクロの世界まで，自然が従っている物理 法則とはどんなものか，力学を通して学びはじめましょう． 最後に，本書の執筆にあたり，このような筆者の意に快く理解を示して下さり，多くの助言を 頂いた共立出版!の寿日出男氏に深く感謝いたします． 2008 年 3 月 御法川幸雄 新居 毅人 iv は じ め に
