本コースは物理学の中でも、最も基本的な「ニュートン力学」という理論を学んでいくコースです。ニュートン力学は物理学者のアイザック・ニュートンが確立したとても有名な理論です。
斜面を転がる石や空から降ってくる雨などの自然現象、サッカーボールやドローンなどの身近な物体、さらに月や惑星などの天体まで動く物体に幅広く成り立つ強力な理論がニュートン力学です。
本コースでは理論の部分をアニメーションを見ながら理解できるようになっています。学校の教科書や参考書などに載っている図は、なんだか抽象的で分かりづらいですよね。抽象的に描かれた静止画とにらめっこしていても、なかなか何が起きているかイメージすることは難しいのです。
そこで本コースではアニメーションの動きを見て、何が起きているかを具体的に頭の中にイメージすることができるようになっています。そしてニュートン力学がどういう考え方で組み立てられているかを直感的に理解できます。
本コースでは、次の内容を学べます。
■ 物体の動きを数学的に表現する方法
■ ニュートン力学の理論の中心となる３つの法則
■ 物理エンジンとプログラミングで、パソコンの中で仮想的な実験を行う方法
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本コースは物理学の中でも、最も基本的な「ニュートン力学」という理論を学んでいくコースです。ニュートン力学は物理学者のアイザック・ニュートンが確立したとても有名な理論です。
斜面を転がる石や空から降ってくる雨などの自然現象、サッカーボールやドローンなどの身近な物体、さらに月や惑星などの天体まで動く物体に幅広く成り立つ強力な理論がニュートン力学です。
本コースでは理論の部分をアニメーションを見ながら理解できるようになっています。学校の教科書や参考書などに載っている図は、なんだか抽象的で分かりづらいですよね。抽象的に描かれた静止画とにらめっこしていても、なかなか何が起きているかイメージすることは難しいのです。
そこで本コースではアニメーションの動きを見て、何が起きているかを具体的に頭の中にイメージすることができるようになっています。そしてニュートン力学がどういう考え方で組み立てられているかを直感的に理解できます。
本コースでは、次の内容を学べます。
■ 物体の動きを数学的に表現する方法
■ ニュートン力学の理論の中心となる３つの法則
■ 物理エンジンとプログラミングで、パソコンの中で仮想的な実験を行う方法
本コースは物理学の中でも、最も基本的な「ニュートン力学」という理論を学んでいくコースです。ニュートン力学は物理学者のアイザック・ニュートンが確立したとても有名な理論です。
斜面を転がる石や空から降ってくる雨などの自然現象、サッカーボールやドローンなどの身近な物体、さらに月や惑星などの天体まで動く物体に幅広く成り立つ強力な理論がニュートン力学です。
本コースでは理論の部分をアニメーションを見ながら理解できるようになっています。学校の教科書や参考書などに載っている図は、なんだか抽象的で分かりづらいですよね。抽象的に描かれた静止画とにらめっこしていても、なかなか何が起きているかイメージすることは難しいのです。
そこで本コースではアニメーションの動きを見て、何が起きているかを具体的に頭の中にイメージすることができるようになっています。そしてニュートン力学がどういう考え方で組み立てられているかを直感的に理解できます。
本コースでは、次の内容を学べます。
■ 物体の動きを数学的に表現する方法
■ ニュートン力学の理論の中心となる３つの法則
■ 物理エンジンとプログラミングで、パソコンの中で仮想的な実験を行う方法
親しみやすいアニメーションで楽しみながら理論を学びましょう。ニュートン力学をしっかりと身につけることで、身のまわりで起きる現象に対する視野が広がり、驚くはずです。
理論を一通り理解したら、今度はパソコンを使って仮想的な実験を行ってみます。本コースでは Unity というゲーム開発ツールを使って実験を行います。Unityには物理エンジンと呼ばれる機能が入っていて、難しい部分は自動で計算してくれるので、現象の本質的な部分だけに集中することができます。自分で手を動かして実験してみることで、より一層深く理解が進むはずです。
実験用のプログラムはダウンロードできるので、いろいろな条件を試して遊んでみてくださいね。
What's inside
Learning objectives
- ニュートン力学の基礎
- 物体の運動を数式で表現する方法
- 運動の基本となる３つの法則
- プログラミングで仮想実験（シミュレーション）を行う方法
- ニュートン力学の基礎
- 物体の運動を数式で表現する方法
- 運動の基本となる３つの法則
- プログラミングで仮想実験（シミュレーション）を行う方法
Syllabus
はじめに / コースの紹介
本コースはアニメーションによる理論の解説や物理エンジンを使った仮想実験など、とにかく『動き』にこだわっています。学生のころ物理や数学が苦手だった方、プログラミングの独学で迷子になってしまっている方におすすめです。
ニュートン力学は、物理学者のアイザック・ニュートンが確立した理論です。ニュートンの名前は聞いたことがある方は多いと思いますが、いったいどんな理論なのでしょうか？
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Syllabus
本コースはアニメーションによる理論の解説や物理エンジンを使った仮想実験など、とにかく『動き』にこだわっています。学生のころ物理や数学が苦手だった方、プログラミングの独学で迷子になってしまっている方におすすめです。
ニュートン力学は、物理学者のアイザック・ニュートンが確立した理論です。ニュートンの名前は聞いたことがある方は多いと思いますが、いったいどんな理論なのでしょうか？
物理学は、数学と非常に親和性の高い学問です。まず物体の運動を数学で表現するための準備をしましょう。
位置や速度は日常生活でもよく使う言葉ですよね。これは物理学でもよく使われる考え方なので、言葉の「定義」をしっかり身につけましょう。
ニュートン力学は、物体の運動に関する３つの法則が基礎となっています。どんな法則なのでしょうか？
ニュートンの運動方程式を使いやすい形に書き直してみましょう。
注目する物体を変えることで、成り立つ方程式の形も変わります。
３つの運動の法則を組み合わせることで、運動の「勢い」に関する興味深い法則が導かれます。
物理法則を目で見て確かめてみたいとき、実際に本物の物体や環境を用意して実験するのは大変ですよね。シミュレーションを使うことで、簡単に何度でも実験を行うことができます。
Unityのインストール方法を解説したPDFファイルと、今回のシミュレーションに必要な設定をすでに行ってあるプロジェクト（SphereCollision_20230103.zip）をダウンロードできます。（66MBあるのでご注意ください）
シミュレーションを実行するための準備を行います。
準備が整ったら、前のセクションで開設したアニメーションを物理エンジンで再現してみましょう。
自分よりはるかに軽い物体とぶつかった場合のシミュレーションです。
自分よりはるかに重い物体とぶつかったときのシミュレーションです。
自分とまったく同じ重さの物体とぶつかった場合のシミュレーションです。
「リソース」からこのコースに出てくるスライドをPDFでダウンロードできます。数式をじっくり追いかけるときに使ってください。
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視覚と実践で学ぶニュートン力学入門
難解な数式も視覚的に補足。
理論の実践的な確認ができる。
前提知識がなくても学習可能。
視覚的な説明で概念理解が進む。
Activities
『物理のエッセンス 力学・波動』を読む
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ニュートン力学の基礎を固めるために、物理のエッセンスを読むことをお勧めします。図解が多く、イメージで理解するのに役立ちます。
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物理のエッセンス力学・波動 改訂版 (河合塾SERIES)
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-
力学の章を重点的に読む。
-
例題を解き、解法を理解する。
-
演習問題を解いて、理解度を確認する。
学習グループに参加する
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他の受講生と学習グループを組むことで、理解を深め、モチベーションを維持できます。互いに教え合うことで、より深く理解できます。
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-
オンラインフォーラムやSNSで学習グループを探す。
-
定期的に集まり、学習内容について議論する。
-
互いに質問し合い、理解を深める。
運動方程式の問題を解く
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運動方程式の問題を繰り返し解くことで、計算力と問題解決能力を向上させます。様々なパターンの問題を解くことで、応用力を高めます。
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-
オンラインの問題集や過去問を解く。
-
教科書や参考書の問題を解く。
-
間違えた問題を分析し、理解を深める。
Three other activities
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『独学大全』を読む
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独学大全を読むことで、効果的な学習方法を学び、コースの学習効果を最大化できます。特に、物理学のような難しい分野を独学で学ぶ上で役立ちます。
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Melania
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-
興味のある章から読み始める。
-
学習計画を立てる際の参考ににする。
-
モチベーション維持の方法を学ぶ。
ニュートン力学の解説動画を作成する
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ニュートン力学の概念を解説する動画を作成することで、理解を深め、人に説明する能力を向上させます。動画を作成する過程で、知識が整理され、記憶に定着します。
Show steps
-
解説するテーマを選ぶ。
-
動画の構成を考える。
-
動画を撮影・編集する。
-
動画を公開し、フィードバックを求める。
物理シミュレーションを拡張する
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コースで学んだUnityの物理エンジンを使って、シミュレーションを拡張することで、実践的なスキルを習得できます。新しい機能を追加したり、より複雑な現象を再現したりすることで、理解を深めます。
Show steps
-
コースで提供されたプロジェクトをダウンロードする。
-
拡張する機能や現象を決定する。
-
Unityでプログラムを修正・追加する。
-
シミュレーションを実行し、動作を確認する。
『物理のエッセンス 力学・波動』を読む
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ニュートン力学の基礎を固めるために、物理のエッセンスを読むことをお勧めします。図解が多く、イメージで理解するのに役立ちます。
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物理のエッセンス力学・波動 改訂版 (河合塾SERIES)
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- 力学の章を重点的に読む。
- 例題を解き、解法を理解する。
- 演習問題を解いて、理解度を確認する。
学習グループに参加する
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他の受講生と学習グループを組むことで、理解を深め、モチベーションを維持できます。互いに教え合うことで、より深く理解できます。
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- オンラインフォーラムやSNSで学習グループを探す。
- 定期的に集まり、学習内容について議論する。
- 互いに質問し合い、理解を深める。
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- オンラインの問題集や過去問を解く。
- 教科書や参考書の問題を解く。
- 間違えた問題を分析し、理解を深める。
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独学大全を読むことで、効果的な学習方法を学び、コースの学習効果を最大化できます。特に、物理学のような難しい分野を独学で学ぶ上で役立ちます。
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- 学習計画を立てる際の参考ににする。
- モチベーション維持の方法を学ぶ。
ニュートン力学の解説動画を作成する
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ニュートン力学の概念を解説する動画を作成することで、理解を深め、人に説明する能力を向上させます。動画を作成する過程で、知識が整理され、記憶に定着します。
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- 解説するテーマを選ぶ。
- 動画の構成を考える。
- 動画を撮影・編集する。
- 動画を公開し、フィードバックを求める。
物理シミュレーションを拡張する
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コースで学んだUnityの物理エンジンを使って、シミュレーションを拡張することで、実践的なスキルを習得できます。新しい機能を追加したり、より複雑な現象を再現したりすることで、理解を深めます。
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- 拡張する機能や現象を決定する。
- Unityでプログラムを修正・追加する。
- シミュレーションを実行し、動作を確認する。
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