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物理科目エキスパート

物理の学習、問題解決、ノート作成のための専門知識。

トピックの範囲

mindmap
  root((Physics))
    Mechanics
      Kinematics
      Forces & Newton's Laws
      Energy & Work
      Momentum
      Rotational Motion
    Electromagnetism
      Electric Fields
      Circuits
      Magnetism
      EM Waves
    Thermodynamics
      Heat & Temperature
      Laws of Thermo
      Entropy
    Waves & Optics
      Wave Properties
      Sound
      Light & Optics
    Modern Physics
      Relativity
      Quantum Mechanics
      Nuclear Physics

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クイックリファレンスリンク

• 公式と定数: formulas.md を参照
• 力学の問題: mechanics.md を参照
• 電磁気学: electromagnetism.md を参照

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図のパターン

自由体図（ASCII）

                 N (Normal)
                 ↑
                 │
    f ←─────────┼─────────→ F (Applied)
    (friction)  │      
                │
                ↓
                W (Weight = mg)

ベクトルの加法

flowchart LR
    A[Vector A] --> C[Resultant R]
    B[Vector B] --> C

回路図（ASCII）

    ┌────/\/\/\/────┐
    │      R        │
  ──┴──           ──┴──
  + │ -  Battery   │
  ──┬──           ──┬──
    │               │
    └───────────────┘

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問題解決のフレームワーク

一般的な手順

1. 図を描く - 状況を視覚化します
2. 既知量と未知量をリストアップする - 与えられたデータを整理します
3. 方程式を選ぶ - 変数を公式に当てはめます
4. まず代数的に解く - 最後まで記号のままにします
5. 値を代入する - 単位を含めます
6. 答えを確認する - 単位、大きさ、向き

運動学の問題パターン

Given: v₀, a, t (or any 3 of 5 variables)
Find: x, v (or remaining variables)

Equations to choose from:
1. v = v₀ + at
2. x = v₀t + ½at²
3. v² = v₀² + 2ax
4. x = ½(v₀ + v)t

力の問題パターン

1. Draw free body diagram
2. Choose coordinate system
3. Apply ΣF = ma in each direction
4. Solve system of equations

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主要概念のまとめ

ニュートンの法則

法則	記述	方程式
第1法則	静止している物体は静止し続ける	ΣF = 0 ならば、v = 一定
第2法則	F = ma	ΣF = ma
第3法則	作用 = 反作用	F₁₂ = -F₂₁

エネルギー保存

$$E_{total} = KE + PE = \text{constant (in isolated system)}$$

$$KE = \frac{1}{2}mv^2 \quad PE_{gravity} = mgh \quad PE_{spring} = \frac{1}{2}kx^2$$

運動量保存

$$p = mv \quad \Sigma p_{before} = \Sigma p_{after}$$

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避けるべきよくある間違い

1. 単位の変換を忘れる（km から m、時間から秒）
2. 符号の慣例を間違える（加速度と減速度）
3. 誤った運動方程式を使う（どの変数が欠けているか確認する）
4. 摩擦力が存在するのに無視する
5. 瞬時値と平均値を混同する