目次

学習のねらい ............................................................................................ 1第1週

材料力学 ..................................................................................... 31.1力の表し方 ................................................................................................... 41.1.1

重さと質量の関係 .................................................................................. 41.1.2力のモーメント ..................................................................................... 5

1.1.3

モーメントの和 ..................................................................................... 51.1.4

隅力 ....................................................................................................... 7

1.1.5力のつり合い ......................................................................................... 81.2

応力とひずみ .............................................................................................. 111.2.1

フックの法則 ....................................................................................... 111.2.2

垂直応力 .............................................................................................. 111.2.3

垂直ひずみとポアソン比 ..................................................................... 121.2.4

応力−ひずみ曲線 ................................................................................ 131.3

せん断 ........................................................................................................ 16

1.3.1

せん断応力 .......................................................................................... 161.3.2

せん断ひずみ ....................................................................................... 171.4

はりの曲げ ................................................................................................. 191.4.1

はりに加わる力 ................................................................................... 191.4.2

はりのつり合い ................................................................................... 201.4.3

せん断力と曲げモーメント .................................................................. 21

1.4.4

せん断力図と曲げモーメント図 ........................................................... 221.4.5

断面 2 次モーメント ............................................................................ 25

1.4.6

ねじりモーメント ................................................................................ 27

1.4.7

応力集中 .............................................................................................. 28『まとめと練習問題』................................................................................. 30第2週

流体力学 ................................................................................... 332.1

流体と流れの性質....................................................................................... 34〜i〜2.1.1

流体の性質 .......................................................................................... 342.1.2

流体と流れ .......................................................................................... 352.2

流体静力学 ................................................................................................. 362.2.1

圧力と測定法 ....................................................................................... 362.2.2

浮力 ..................................................................................................... 382.2.3

理想流体 .............................................................................................. 392.2.4

連続の式 .............................................................................................. 412.3

流体動力学（1）.......................................................................................... 412.3.1

運動方程式 .......................................................................................... 41

2.3.2

ベルヌーイの定理 ................................................................................ 42

2.3.3

ベルヌーイの定理の応用 ..................................................................... 43

2.4

流体動力学（2）.......................................................................................... 47

2.4.1

層流と乱流 .......................................................................................... 472.4.2

管内の流れ .......................................................................................... 482.4.3

摩擦損失 .............................................................................................. 502.4.4

境界層 ................................................................................................. 522.4.5

抗力と揚力 .......................................................................................... 53『まとめと練習問題』................................................................................. 57第3週

熱力学 ...................................................................................... 593.1

圧力と温度の単位....................................................................................... 603.1.1

SI 単位系 ............................................................................................. 613.1.2

圧力・温度・エネルギーの単位 ........................................................... 613.2

熱力学の法則 .............................................................................................. 633.2.1

第ゼロ法則 .......................................................................................... 633.2.2

第一法則 .............................................................................................. 633.2.3

PV 線図 ............................................................................................... 653.2.4

理想気体 .............................................................................................. 663.2.5

第二法則 .............................................................................................. 683.3

熱機関 ........................................................................................................ 683.3.1

サイクル .............................................................................................. 683.3.2

カルノーサイクル ................................................................................ 693.3.3熱の移動と管路 ................................................................................... 703.4

エントロピと各種サイクル......................................................................... 753.4.1

エントロピ .......................................................................................... 75〜 ii 〜3.4.2

エンジンサイクル ................................................................................ 76『まとめと練習問題』................................................................................. 79第4週

機械力学 ................................................................................... 814.1

振動の基礎 ................................................................................................. 824.1.1

調和振動 .............................................................................................. 824.1.2

運動方程式 .......................................................................................... 834.1.3

エネルギー .......................................................................................... 854.1.4

自由振動 .............................................................................................. 864.2

減衰振動と強制振動 ................................................................................... 884.2.1

粘性減衰振動 ....................................................................................... 88

4.2.2

クーロン摩擦による減衰 ..................................................................... 89

4.2.3

強制振動 .............................................................................................. 91

4.2.4

防振 ..................................................................................................... 94

4.3

回転機械の動力学....................................................................................... 95

4.3.1

不つり合い .......................................................................................... 95

4.3.2

つり合わせ .......................................................................................... 96

4.3.3

ふれ回り .............................................................................................. 99

4.3.4

危険速度 ............................................................................................ 101

4.4

往復機械の動力学..................................................................................... 1024.4.1

ピストン・クランク機構 ................................................................... 102

4.4.2

質量の置き換え ................................................................................. 103

4.4.3

つり合わせ ........................................................................................ 103『まとめと練習問題』............................................................................... 105
STEP UP ............................................................................................ 106
練習問題の解答 ..................................................................................... 107
索引................................................................................................. 109〜 iii 〜

■ 第 1 週 ■材料力学【学習のポイント】
材料力学は，4 力学のひとつで，機械や構造物の設計では最も重要になる学問です。そのために，現場では数学的な計算と実験的なデータを組み合わせて用いることが多くなります。実際には，外力に対して各部分の材料にどの位の強度を持たせれば，材料内部の応力や変形が希望数値内に収まるのかを十分に検討しなければなりません。このようにして，機械設備の損傷や破壊を抑えて，長く使用していくことが大切です。

〜3〜

機械工学

第 1 分冊1.1力の表し方

まず力の定義を知る必要があります。
物体に力を加えると，静止しているものを動かしたり，動いているものを静止させたりすることができ，さらに，物体を変形させたり，破壊させたりすることができます。
力を F とし，物体の質量を m ，加速度を a とすれば，（1.1）

F = maとなります。

すなわち，力は質量×加速度の積で表すことができます。この法則を運動の第 2 法則といったり，あるいは，ニュートンの第 2 法則といったりします。式（1.1）の単位
は 力 F を［N： ニ ュ ー ト ン ］， 質 量 m を［kg］， 加 速 度 a を［m/sec 2 ］ で そ れ ぞ れ 表
します。

1.1.1

重さと質量の関係

体重 66kg の人が，天井から吊り下がっている材料（たとえばロープや針金）にぶら下がっている場合を考えてみましょう。このときのロープに加わる力の大きさはいくらでしょうか。
地球上にある物体は，地球の中心に向かう加速度（重力の加速度）を常に受けています。
この重力の加速度を g（本分冊では g = 9.8m/sec 2 とする）とおくと，式（1.1）より
F = 66 × 9.8［N］≒ 647［N］となり，この人がぶら下がることによって，材料に 647［N］の力を加えたことになります。
この力を加えることを，荷重を加えるといったりあるいは単に負荷するといったりします。
われわれが日常において重さとか重量といっているのは式（1.1）の m で表している質量のことを指しており，材料の力学で荷重という場合は，日常においていう重さに重力の加速度をかけ合せたものになります。

〜4〜