電磁気学演習 (物理テキストシリーズ 5)

　振動論で遊んでみよう！のページに戻る
　物理テキストシリーズのページに戻る

　楽しいサイエンスのページに戻る
　楽しい数学の森のページに戻る

　　フロントページへ戻る

電磁気学演習 (物理テキストシリーズ 5)

目次

まえがき

第1章　静電場
§1 真空中の静電場
(1) 真空中の静電場の基本法則
(2) 静電場内の点電荷に作用する力とその位置エネルギー
　例題1　球対称な電荷分布による静電場
　例題2　電気双極子間の相互作用
　問1
　問2
　問3
　問4
　問5
　問6
§2 ラプラスの方程式
(1) ラプラスの方程式と鏡像法
　例題3　平行板コンデンサー
　例題4　電気双極子と接地した導体球
　例題5　プラズマ振動
　問7
　問8
　問9
　問10
(2) 極座標系におけるラプラスの方程式
　例題6　一様な静電場のなかにおかれた導体球
　例題7　電位の異なる2つの半球のつくる静電場
　問11
　問12
　問13
　問14
　問15
§3 導体系の静電場
(1) 重ね合わせの原理
(2) グリーンの相反定理
　例題8　電位係数, 静電容量係数および静電誘導係数の対称性
　例題9　静電遮蔽
　例題10　コンデンサー
　問16
　問17
　問18
　問19
　問20
　問21
§4 誘電体中の静電場
(1) 誘電体中の静電場の基本法則
　例題11　帯電導体球による誘電体の分極
　例題12　一様な電場E0のなかにおかれた誘電体球
　例題13　静電場のなかの小誘電体球に作用する力
　問22
　問23
　問24
　問25
　問26
　問27
　問28
　問29
§5 静電場のエネルギーとマクスウェルの応力
(1) 静電場のエネルギー
　例題14　コンデンサーの静電エネルギー
　問30
　問31
　問32
　問33
(2) マクスウェルの応力
　例題15　クーロンの法則
　例題16　誘電体の境界面に作用する力
　問34
　問35
　問36
　問37
(3) 導体間に作用する静電力
　例題17　平行板コンデンサーの電極に作用する引力
　問39
　問40

第2章　定常電流
§1 定常電流の保存則とオームの法則
(1) 電荷保存則と定常電流の保存則
(2) オームの法則
　例題1　電荷の散逸による熱の発生
　例題2　異なる物体の境界面を通過する定常電流
　問1
　問2
　問3
　問4
　問5
(3) キルヒホッフの法則
　例題3　ホイートストン・ブリッジ
　問6
　問7
　問8
　問9
　問10
　問11
§2 定常電流の空間的分布
　例題4　導体中の2本の導線状電極間の電気抵抗
　問12
　問13
　問14
　問15

第3章　電流と磁場
§1 静磁場内の電流に作用する力
(1) アンペールの力
　例題1　一様な静磁場内の閉電流に作用する力のモーメント
　問1
　問2
(2) ローレンツの力
　例題2　一様な静磁場内におかれた弾性力の作用のもとにある点電荷の運動
　例題3　マグネトロンのなかの電子の運動
　問3
　問4
　問5
　問6
　問7
　問8
§2 真空中の静磁場の基本法則
　例題4　正方形の導線回路の中心軸上の磁場
　例題5　ソレノイドのつくる静磁場
　例題6　閉電流と磁気双極子
　問9
　問10
　問11
　問12
　問13
　問14
　問15
　問16
　問17
　問18
　問19
§3 定常電流回路間に作用する力
　例題7 微小な閉電流間に作用する力
　問20
　問21
　問22
　問23
　問24
　問25
　問26
　問27
§4 磁場のエネルギーとマクスウェルの応力
(1) 静磁場のエネルギー
　例題8 ソレノイドの自己誘導係数
(2) マクスウェルの応力
　例題9 磁性体の境界面に作用する力
　問28
　問29
　問30
　問31
§5 磁性体内の静磁場
(1) 磁化電流と磁化ベクトル
(2) 永久磁化と磁荷
　例題10 小磁石に作用する力の釣合い
　例題11 一様に磁化した球のつくる磁場
　例題12 磁気遮蔽
　問32
　問33
　問34
　問35
　問36
　問37
　問38
　問39
　問40
　問41

第4章　電磁誘導と準定常電流
§1 ファラデーの電磁誘導の法則
　例題1　時間的に変化する一様な磁場内におかれた帯電体球の回転
　例題2　磁場内で運動する金属棒の両端に発生する電位差
　問1
　問2
　問3
　問4
　問5
§2 準定常電流
(1) 準定常電流の基本法則
(2) 電流回路の方程式
　例題3　キルヒホッフの法則
　例題4　有限の長さのソレノイドの自己誘導係数
　例題5　正対させた2個の円形コイルの相互誘導係数
　例題5　過渡現象
　例題7　電流回路間に作用する力
　問6
　問7
　問8
　問9
　問10
　問11
　問12
　問13
　問14
　問15
　問16
　問17
　問18
　問19

第5章　電磁波とその放射
§1 マクスウェルの方程式と電磁ポテンシャル
　例題1　変位電流と電磁質量
　問1
　問2
§2 電磁波
(1) 真空中の電磁波
　例題2　電磁波の偏り
　問3
　問4
　問5
(2) 物質中の電磁波
　例題3　導体中の電磁波
　例題4　電磁波の反射と屈折
　例題5　電磁波の分散
　例題6　群速度
　問6
　問7
　問8
　問9
　問10
§3 電磁波の放射
(1) 電気双極子放射
　例題7　絶縁された2つの半球間に交流電圧をかけた時の電気双極子放射
　問11
　問12
　問13
　問14
　問15
(2) 荷電粒子からの電磁波の放射
　例題8　ゼーマン効果
(3) 電磁波の放射による減衰力
　問16
　問17
　問18
　問19
§4 電磁波の散乱
(1) トムソン散乱
(2) レーレー散乱
　問20
　問21
　問22

問題の解答
第1章
第2章
第3章
第4章
第5章

索引

電磁気学 (物理テキストシリーズ 4)

目次

まえがき

第1章　静電場
§1 クーロンの法則
§2 遠隔作用と近接作用
§3 ガウスの法則
§4 静電ポテンシャル
§5 静電場の基本法則
§6 静電場のエネルギーとマクスウェルの応力
§7 誘電体中の静電場

第2章　定常電流
§1 定常電流とその保存則
§2 オームの法則
§3 定常連流の分布

第3章　電流と磁場
§1 磁気的現象とエルステッドの発見
§2 アンペールの力と磁束密度
§3 ビオ・サバールの法則
§4 ベクトル・ポテンシャル
§5 定常電流間に作用する力
§6 真空中の静磁場の基本法則
§7 磁性体中の静磁場
§8 電荷保存則と変位電流

第4章　電磁誘導
§1 ファラデーの電磁誘導の法則
§2 運動する導線内に発生する起電力

第5章　マクスウェルの方程式
§1 マクスウェルの方程式
§2 電磁場のエネルギーと運動量
§3 電磁ポテンシャル

第6章　準定常電流
§1 準定常電流の基本法則
§2 電流回路の方程式
§3 簡単な電流回路

第7章　電磁波とその放射
§1 自由空間における電磁波
§2 電磁波の放射
§3 点電荷による電磁波の放射とその反作用

索引

力学 (物理テキストシリーズ 1)

目次

まえがき

第1章　速度と加速度
§1 位置と位置ベクトル
§2 速度とその成分
§3 加速度とその成分

第2章　運動の法則
§1 運動の第1法則
§2 運動の第2法則
§3 運動の第3法則
§4 運動量と角運動量

第3章　運動の決定
§1 放物運動
§2 単振動と減衰振動
§3 強制振動
§4 惑星の運動
§5 ラザフォード散乱

第4章　仕事とエネルギー
§1 仕事と運動エネルギー
§2 保存力と非保存力
§3 保存力の性質
§4 力学的エネルギー保存則

第5章　運動座標系
§1 ガリレイ変換と慣性力
§2 回転座標系
§3 重力とフーコー振り子
§4 潮汐現象

第6章　質点系の力学
§1 2体問題
§2 質点系の運動量と角運動量
§3 重心運動と重心のまわりの運動
§4 質点系の位置エネルギー
§5 ロケットの運動
§6 連成振動

第7章　剛体の力学
§1 剛体とその釣合い
§2 固定軸のある剛体の運動
§3 慣性モーメントと慣性乗積
§4 剛体の平面運動
§5 固定点のある剛体の運動
§6 ポアンソーの定理
§7 固定点のない剛体の運動
§8 対称コマの自由回転
§9 重力があるときのコマの運動

第8章　運動方程式の変形
§1 運動と束縛
§2 仮想仕事の原理
§3 一般化座標と一般化力
§4 ダランベールの原理とラグランジュの方程式
§5 ラグランジュの方程式の例
§6 ハミルトンの方程式

付録
1 ベクトルのスカラー積
2 ベクトル積
3 スカラー3重積
4 多変数関数とその微分係数

索引

振動と波動 (物理テキストシリーズ 7)

目次

まえがき

第1章　簡単な振動
§1 単振動
(1) 単振動の例
例題1
例題2
(2) 単振動のエネルギー
(3) 単振動に関連した重要な性質と方法
　(i) 重ね合わせ
　(ii) 指数関数を用いる方法

§2 減衰振動
(1) 摩擦力があまり強くなく, γ<ω0の場合
(2) 摩擦力が強く, γ>ω0の場合
(3) γ=ω0の場合

§3 強制振動
例題1
例題2
例題3
例題4

第2章　多自由度の振動
§1 簡単な連成振動
例題1
例題2
例題3
例題4
§2 鎖状につながれた質点系の振動(1)
例題1
§3 鎖状につながれた質点系の振動(2)
例題1
例題2
例題3

第3章　1次元の波
§1 弦を伝わる横波と細い棒を伝わる縦波
例題1
§2 波動方程式の解
(1) 左右に無限に長い弦の振動
例題1
(2) 右端(x=0)で固定された半無限の弦の振動
例題2
(3) 両端固定の弦の運動
例題3
例題4
§3 フーリエ分解の方法
例題1
§4 波動のエネルギー
例題1
例題2
例題3
§5 弦の強制振動と減衰振動
例題1

第4章　連続体を伝わる波
§1 連続体内で働く応力とひずみ
例題1
例題2
例題3
例題4
§2 固体や流体中を伝わる波
(1) 弾性波
例題1
例題2
(2) 音波
例題3
(i) 長さlの両端が閉じた管
(ii) 長さlの両端が開いた管
(iii) 一端(x=0)は閉じ他端(x=l)は開いた管
§3 水の波
例題1
例題2
例題3

第5章　電磁波
§1 マクスウェル方程式
§2 真空中の電磁波
例題1
§3 電磁波のエネルギー
§4 一様な物質中の電磁波
例題1
例題2
§5 反射と屈折
例題1
例題2
§6 偏り

第6章　波の干渉と回折
§1 ホイヘンスの原理
§2 薄膜による光の反射と干渉
例題1
例題2
§3 長方形のスリットによる回折
§4 回折格子

第7章　分散性媒質を伝わる波と群速度
§1 分散性媒質中の電磁波
§2 群速度
例題1
例題2

第8章　波動性と粒子性
§1 もう1種類の波動
§2 光の本性
§3 物質波
(1) 結晶による電子線の回折
(2) 原子核によるα線の弾性散乱
例題1
(3) 電子波の群速度
§4 不確定性原理

索引

目次（『音と波の力学』）

まえがき

1 基本的事項
1.1 波動方程式の解
1.2 位相について
1.3 使用する用語のまとめ

2 離散系から連続体へ
2.1 単振動
2.2 単振動のエネルギー
2.3 減衰振動
2.4 強制振動と共振
2.5 連成振動
2.6 離散系の波動
2.7 波動に共通の性質
第2章の演習問題

3 弦を伝わる波
3.1 波動方程式
3.2 波のエネルギー
3.3 反射と透過
3.4 インピーダンス整合
3.5 定在波
3.6 膜を伝わる波
第3章の演習問題

4 気体中の音波
4.1 音波の方程式
4.2 導波管
4.3 ヘルムホルツ共鳴器
4.4 水撃現象
4.5 有限振幅の音波
第4章の演習問題

5 弾性波
5.1 体積波
5.2 発震メカニズム
5.3 反射と屈折
5.4 表面波
5.5 丸棒を伝わる波
5.6 薄板の共振
第5章の演習問題

6 水の波
6.1 長波長の波
6.2 静振
6.3 表面張力波―重力波
6.5 群速度と波束
6.6 水の波のエネルギー
6.7 航跡波
第6章の演習問題

付録A　数学の補足
A.1 微分演算子
A.2 テイラー展開
A.3 非線型振動と楕円積分
A.4 ベッセル関数

付録B　弾性力学の基礎式
B.1 応力とひずみ
B.2 平衡方程式
B.3 一般化されたフックの法則

付録C　流体力学の基礎式
C.1 連続の式（質量の保存）
C.2 運動方程式（運動量の保存）
C.3 理想気体の状態方程式
C.4 渦なし流れについて
C.5 拡張されたベルヌーイの定理

主な参考図書
索引

目次（波動と非線形問題30講 (物理学30講シリーズ)）

第1講　自励振動
抵抗と負抵抗
ファン・デル・ポールの方程式
レイリーの方程式
リエナールの方程式

　Tea Time：発振現象

第2講　ロジスティック方程式
力学系の一般化
ロジスティック方程式

　Tea Time：人口爆発

第3講　ロトカ-ヴォルテラの方程式
生態系の個体数の変化
（1）の図式解法
一般的なロトカ-ヴォルテラの方程式
V(x1, x2, …, xn)空間における流れ

　Tea Time：生態系

第4講　ローレンツ系のカオス
対流
位相空間の体積
レスラー系

　Tea Time：ベナールの渦

第5講　1次元写像のカオス
ロジスティック写像
カオスの出現
周期的分岐
1次元写像

　Tea Time：不連続時間

第6講　簡単な波動方程式
波動方程式
非線形波動
バーガース方程式

　Tea Time：レイリー卿

第7講　コルテヴェーグ-ド・フリース方程式
KdV方程式
ソリトン解
行列式解
ロンスキアン解

　Tea Time：ソリトンの発見

第8講　ラックス形式
KdV方程式に対するラックス形式
KdV方程式に付随するシュレディンガー方程式
一般のラックス形式

　Tea Time：マーチン・クルスカル

第9講　逆散乱法
逆散乱法の要点
ゲルファント-レビタンの方程式
束縛状態の波動関数
波動関数
逆散乱法の適用
Nソリトン解

　Tea Time：逆散乱法とは

第10講　双対格子
1次元格子
双対関係
線形格子
LC回路

　Tea Time：ルビンの壺

第11講　非線形格子波動
戸田格子

　Tea Time：戸田格子の発見

第12講　格子の2ソリトン解
2ソリトン解
行列式表現

　Tea Time：ソリトンと非線形波動方程式

第13講　格子のラックス形式と保存量
周期的な格子
保存量

　Tea Time：保存量

第14講　格子に対するゲルファント-レビタン方程式
格子に対する散乱問題
格子に対するゲルファント-レビタンの方程式
束縛状態の波動関数
波動関数
逆散乱法の適用

　Tea Time：方程式と直観

第15講　格子のNソリトン解
ソリトン解
Nソリトン解

　Tea Time：カチカチボール

第16講　連続体近似
長波長に対する連続体近似
可積分変換

　Tea Time：再帰現象

第17講　いくつかの非線形方程式
積分可能な発展方程式
リゥヴィルの方程式
サイン-ゴルドン方程式
非線形シュレディンガー方程式
ベンジャミン-小野方程式
変形されたKdV方程式

　Tea Time：自己集束

第18講　ラックス形式の拡張
KdVヒエラルキー
AKNS方程式

　Tea Time：虚数を含む方程式

第19講　ベックルント変換
方程式と解の変換
サイン-ゴルドン方程式
戸田格子
KdV方程式
変換のダイヤグラム

　Tea Time：カッツ-メールベッケ系

第20講　広田の直接法
広田の演算子
戸田格子
KdV方程式

　Tea Time：和算

第21講　2次元KdV方程式（KP方程式）
KP方程式
ソリトン解
2ソリトン解

　Tea Time：2次元KdV方程式

第22講　KP方程式のNソリトン解
Nソリトン解
プリュッカーの関係式
行列式の展開

　Tea Time：箱と球の系

第23講　2次元戸田格子
2次元戸田格子
ソリトン解
2ソリトン解
Nソリトン解

　Tea Time：

第24講　可積分系と非可積分系
非可積分系のカオス
エノン-ハイレス系
3粒子の周期格子

　Tea Time：星と日本文化

第25講　球面振り子
自由度と保存量
球面振り子の運動の解

　Tea Time：ヤコビの楕円関数

第26講　剛体の回転
剛体に固定した座標系
角速度
重心の高さ
エネルギーと角運動量の積分

　Tea Time：太陽系はコマの群れ

第27講　軸対称のコマ（ラグランジュのコマ）
対称軸をもつコマ
運動の解

　Tea Time：歳差運動の簡単な説明

第28講　剛体の自由な回転（オイラーのコマ）
自由回転
外力のないときのオイラーの方程式
運動の解

　Tea Time：ネコの曲芸

第29講　非対称な剛体の運動
外力があるときのオイラーの方程式
重力による力のモーメント
コワレフスカヤのコマ
ラグランジュの運動方程式から

　Tea Time：コワレフスカヤ

第30講　コワレフスカヤのコマ
運動の積分
運動方程式の書き換え
変数分離
運動の決定
コワレフスカヤのコマの形

　Tea Time：逆立ちコマ

索引

参考書
・広田良悟『直接法によるソリトンの数理』
・大貫義郎・吉田春夫『力学』岩波講座現代の物理学1
・コワレフスカヤの生涯―孤独な愛に生きる女流数学者

失敗の研究