工学力学：静力学

引用

Hibbeler, R. C. (2022). Engineering Mechanics: Statics (15th ed.). Pearson.

章の要約

第15版は全11章で、そのあとに付録「数学の復習と公式」、および「基本問題の部分的な解答と答え」「復習問題の解答」の部がある。Pearson の説明は、本書が視覚的で系統立った応用を軸に構成されていること、正しい自由体図の描き方、つり合いの問題の体系的な立て方と解き方を示し、動力学と材料力学への準備をすること、本版では問題の約30％が新しく、工学のさまざまな分野の実践的な応用に関するものであることを述べている。Pearson が挙げる主題は、力のベクトル、質点と剛体のつり合い、力系の合成、トラス・フレーム・機械の構造解析、内力、摩擦、重心と図心、慣性モーメント、仮想仕事である。

第1章：一般原理

この分野の一般原理で、あとに続く力とつり合いの章の出発点となる。

第2章：力のベクトル

力のベクトル。以後のすべての章が使う、力の表し方である。

第3章：質点のつり合い

1つの質点のつり合いという最も単純な場合で、Pearson の説明が本書の中心に据える自由体図を導入するのに自然な場である。

第4章：力系の合成

力（と力のモーメント）の系を合力に簡約する方法。

第5章：剛体のつり合い

つり合いを質点から広がりをもつ物体へ広げる。

第6章：構造解析

トラス、フレーム、機械。出版社の説明が挙げる、剛体のつり合いの構造への応用である。

第7章：内力

部材の内部の力で、物体に作用する外力とは区別される。

第8章：摩擦

つり合いの問題における摩擦。

第9章：重心と図心

重さが作用する点、あるいは面積の幾何学的中心を求める。

第10章：慣性モーメント

断面二次モーメントと、それに関連する幾何学的性質。

第11章：仮想仕事

つり合いの問題を解くさらなる方法としての仮想仕事の原理。

付録と問題の部

付録A「数学の復習と公式」に続いて、「基本問題の部分的な解答と答え」と「復習問題の解答」の部がある。

主要概念

第1～3章：質点とベクトル

• 力のベクトル：以後のすべての章で使われる、力の数学的表現。
• 自由体図：物体とそれに作用する力を切り離して示す図。Pearson は、本書が正しい図の描き方を示すとしている。
• 質点のつり合い：最初のつり合いの問題。

第4～6章：剛体と構造

• 力系の合成：力系を等価な合力で置き換えること。
• 剛体のつり合い：広がりをもつ物体のつり合いの条件。
• トラス、フレーム、機械：第6章で解析される構造。

第7～11章：内力と幾何学的性質

• 内力：部材内部の力。
• 摩擦：つり合いにおける役割。
• 図心と重心、慣性モーメント：のちの科目で使われる幾何学的性質。
• 仮想仕事：最終章の主題。

批判的分析

長所

• 従来型で読みやすい順序。 11章は、原理とベクトルから、質点と剛体のつり合い、構造を経て、のちの科目に役立つ主題（図心、慣性モーメント、仮想仕事）へ進むので、印刷された順序のままで使える。
• 問題演習への支援。 目次には基本問題の部分的な解答と答え、および復習問題の解答が挙がっており、Pearson は本版の問題の約30％が新しいと伝えている。
• デジタルの併用教材。 Pearson は電子教科書と Mastering Engineering を提供し、本書に付随する動画へのアクセスを別に販売している。
• 先を見据えた構成。 Pearson は、本書が動力学と材料力学の土台を築くとしている。図心と慣性モーメント（第9章と第10章）は、後者が拠りどころとする量である。

短所

• 静力学のみ。 本書はつり合いで終わり、運動は別の動力学の巻に属する。
• 複数の版がある。 Pearson は第15版を複数の ISBN（印刷版、電子教科書、Mastering）のもとに掲載し、別にSI単位版もあるため、授業がどの版を使うかを確認すること。
• 幾何学的な主題が後ろにある。 図心と慣性モーメントは第9章と第10章にあるので、それらをもっと早く必要とする授業では先へ飛ばさなければならない。

コースにおける位置づけ

Hibbeler の Engineering Mechanics: Statics は、静力学・動力学の書目における静力学の教科書である。Meriam と Kraige の Engineering Mechanics: Dynamics は動力学の教科書で、これのあとに読む。Bird と Ross の Mechanical Engineering Principles は、簡単な数学から静力学、動力学、基礎的な材料力学を段階的に組み立てており、数学に自信がない学生にはより穏やかな道筋である。Moebs、Ling、Sanny の University Physics Volume 1 は、静的なつり合いを含む微積分ベースの力学を扱い、物理的な背景を得るのによい資料である。

Williams の Fundamentals of Applied Dynamics と Rao の Mechanical Vibrations は、動力学と振動に関する後続の読み物であり、どちらも静力学の授業の代わりにはならない。

本書の使い方

本書は、動力学と材料力学への準備として、工学系の学生が最初に学ぶ静力学の教科書である。ベクトル代数、三角法、基礎的な微積分が自然な準備となり、付録Aが数学の復習を提供している。

実践的な進め方：

• 中核： 第1～5章を1つのまとまりとして順に読む。ベクトル、質点のつり合い、合力、剛体のつり合いが、他のすべての土台となる。
• 応用： 次に第6章（構造）と第8章（摩擦）、そのあとに内力の第7章。
• 幾何学的性質： のちに材料力学へ進む読者は、第9章と第10章を早めに取り上げてもよい。
• 選択： 第11章の仮想仕事は、最も短縮・後回しにしやすい。
• 練習： 巻末に部分的な解答と答えがある基本問題を手早い確認に使い、そのあと本書のほかの問題に取り組む。どの問題も自由体図を描くことから始める。