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宇宙を理解する
| 令和２年度以降入学者 | 宇宙を理解する | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 令和元年度以前入学者 | 数と宇宙１ | ||||
| 教員名 | 新田伸也 | ||||
| 単位数 | 2 | 学年 | 1～4 | 開講区分 | 文理学部 |
| 科目群 | 総合教育科目 | ||||
| 学期 | 前期 | 履修区分 | 選択 | ||
| 授業形態 | 対面授業 |
|---|---|
| Canvas LMSコースID・コース名称 | 212252A33 2024宇宙を理解する（新田伸也・前・金4） |
| 授業概要 | 教養科目として、現代科学に於いて人類がどのようにして宇宙を理解しているかを学ぶ。そのために数学と物理学を駆使していることを理解し、数物系学問を学ぶための動機付けの機会とする。 |
| 授業のねらい・到達目標 | ねらい 数学と物理学を基盤とした数理的論理展開によって人類が宇宙を理解している過程を理解する。 目標 1． 毎回の講義中の解説をよく聞く（見る）。 2． 毎回の講義ノートを作成する。 3． 毎回の講義の論理展開を追う。 4． 毎回のノートの数式展開を追う。 5． 必要な数学の補強を行う。 6． 自習しても理解できない部分を質問する。 ディプロマポリシーとの関係 この科目は文理学部のディプロマポリシー DP3,4,5 及びカリキュラムポリシー CP3,4,5 に対応している。 日本大学教育憲章との関係 ・仮説に基づく課題や問題を提示し，客観的な情報を基に，論理的・批判的に考察することの重要性を説明できる(A-3-1)。 ・事象を注意深く観察して，解決すべき問題を認識できる(A-4-1)。 ・新しいことに挑戦する気持ちを持つことができる(A-5-1)。 |
| 授業の形式 | 講義、演習 |
| 授業の方法 | ・主教材は書画カメラにてスクリーンに提示、補助教材を板書する ・受講生の板書はディジタルカメラで ・復習時に講義ノート作成（注意点は講義中に解説する） ・期末試験で成績評価 ・理解を深めるための課題は提示するが、提出義務のある課題は課さない ・学生からの質問が重複するなど、追加説明を要することが判明した場合には、講義予定内容を削減して追加説明するフィードバックを行う |
| 履修条件 | 数学、物理学を用いた論理展開を嫌がらない事。高校数学（数学IIIの解析学[微積分]、数学Bの線形代数学[ベクトル]）を多用するので、各自十分に補強しておくこと。 |
| 授業計画 | |
|---|---|
| 1 |
イントロダクション 怪獣映画の特撮、紅茶の葉の運動、水溶き片栗粉 【事前学習】シラバスをよく読んで講義に臨む （2時間） 【事後学習】演繹型学問と帰納型学問 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 2 |
シミュレーションの原理1 次元、次元解析、無次元量 【事前学習】四則演算と演算規約 （2時間） 【事後学習】次元、次元解析、無次元量の理解 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 3 |
シミュレーションの原理2 Buckinghamのπ定理、相似則 【事前学習】四則演算 （2時間） 【事後学習】Buckinghamのπ定理、相似則の理解 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 4 |
シミュレーションの原理3 怪獣映画の特撮法 【事前学習】四則演算 （2時間） 【事後学習】シミュレーションの原理に基づく特撮法の理解 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 5 |
シミュレーションの原理４ 怪獣映画の特撮法 【事前学習】四則演算 （2時間） 【事後学習】シミュレーションの原理に基づく特撮法の理解 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 6 |
粘性流体1 天体の形成、元素の起源 【事前学習】元素の周期表 （2時間） 【事後学習】天体形成に於ける粘性の役割の理解 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 7 |
粘性流体2 圧力勾配力、粘性力、Navier=Stokes方程式 【事前学習】微積分、ベクトル、Newtonの力学の法則 （2時間） 【事後学習】流体の諸力の理解 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 8 |
粘性流体3 粘性流の境界条件、川の流れ、鉄砲水の原理 【事前学習】微積分 （2時間） 【事後学習】常微分方程式の解法、境界による速度分布、現象の物理過程の理解 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 9 |
粘性流体4 Navier=Stokes方程式の無次元化とReynolds数 【事前学習】次元解析 （2時間） 【事後学習】次元解析 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 10 |
粘性流体5 Reynoldsの相似則 【事前学習】次元解析 （2時間） 【事後学習】次元解析 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 11 |
プラズマ天体物理1 太陽フレア、磁気嵐、オーロラ、宇宙天気 【事前学習】宇宙天気 （2時間） 【事後学習】宇宙天気 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 12 |
プラズマ天体物理2 磁気流体力学(MHD) 【事前学習】流体力学、Lorentz力 （2時間） 【事後学習】MHD方程式 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 13 |
プラズマ天体物理3 MHD方程式の無次元化とプラズマベータ値、磁気Reynolds数 【事前学習】流体力学、次元解析 （2時間） 【事後学習】MHD方程式 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 14 |
プラズマ天体物理4 磁気リコネクション 【事前学習】MHD方程式 （2時間） 【事後学習】磁気リコネクション （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| 15 |
プラズマ天体物理5 ブラックホールエンジン 【事前学習】MHD方程式 （2時間） 【事後学習】MHD方程式 （2時間） 【授業形態】対面授業 |
| その他 | |
|---|---|
| 教科書 | 使用しない |
| 参考書 | 使用しない |
| 成績評価の方法及び基準 | 試験(100%) |
| オフィスアワー | 講義当日5限終了直後の10分程度 |
| 備考 | 講義中の論理展開に追従するために、高校数学IIIの微積分と高校数学Bのベクトルを履修済みか、または自修して習得することが必要。成績評価の対象とするのは、記憶力ではなく論理力である。期末試験直前の暗記で単位取得することはまず不可能である。普段の講義後の復習時に、論理展開（数式による議論）を確認しながら講義ノートを毎週作成する努力の継続が必須である。単位取得だけであれば四則演算で足りるが、学期に渡って論理展開を楽しみ、議論に追従するには、高校数学と講義中に解説する高大接続レベルの数学が必須である。 |