最低限の労力で材料力学の単位を取る方法【機械系大学生必見】

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機械系の学科にいると絶対と言っていいほど必修科目として存在する材料力学。

それでもって、内容が難しく単位を落とす人が多い科目です。

そこで、今回は最低限の労力で材料力学の単位を取るための方法を考えました。

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材力の単位を取って、無事卒業しよう

本記事の内容

・材料力学の単位を取る方法

・材料力学をどのように学習するか

・課題レポートを絶対に間違えない方法(最後に書いています)

以上の内容をお伝えします。

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材料力学の難しい点

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質点ではなく剛体を取り扱っている

材料力学が難しいと感じるのは、高校までは主に質点系の力学を学ぶのに対して、剛体を取り扱っているという点が考えられます。

そのため、つり合いを各軸ごとに考え、また、力のつり合いのみならずモーメントやねじりモーメントなど異なるつり合い式を立てる必要があり混乱のもととなっています。

しかし、この点についてはやっていると慣れるので、他にも材料力学が難しいと考えられる理由が考えられます。

単位が多い

これも高校物理の力学と異なる点で、SI単位に注意しなければならないということです。

物理量は数値と単位であらわされますが、その中の「単位」に苦手意識を持っている方は少なくないでしょう。

例えば、単位計算時にSI接頭辞(M,G、Kなど)がつくことで、分母と分子で単位がごちゃついて計算にてこずってしまいます。

単位計算の複雑さが、材料力学の問題が難しく感じる一つの要素と考えられます。

有効数字になれていない

有効数字に関しても、高校物理の力学ではあまり意識していなかったことだと思います。

機械系学科ではもちろん実験による測定値を考慮して、有効数字に関してはうるさく言われると思います。

教授によっては、答えの有効数字、計算過程の有効数字が異なることで×にされることがほとんどかもしれません。

その点を考慮すると、有効数字の取り扱いには注意する必要があり、その上に計算ミス、単位換算などたくさんのことに気を回す必要があります。

このような、「計算の複雑さ」が材料力学が嫌いになる要素として考えられますね。

公式が多い

応力、ひずみが三次元方向にあって、ひずみエネルギーが。。。

となってくると、ひずみエネルギー密度の公式とかが異常に長かったり。

そもそも、覚える必要のある物理量が多いため、公式の数も膨張してますよね。

計算が面倒なのにそれ以前に公式を覚えなくてはいけないとなると、それは学習意欲がそがれます。

それでは、次の章からどのように材料力学を学習するかについてです。

材料力学をどのように学習するか

材料力学が難しいと考えられる原因は上の章で書きました。

まとめると、

材料力学の難しい所

質点ではなく、剛体を取り扱っている

・単位が多い

・有効数字が面倒

・公式が多い

こんな感じです。

この結果だけを見てみると、あれ、本当に難しいのか?

って感じませんか?

自分が、材料力学の科目を一年間履修して感じたのは、公式を導く過程はそれほど難しく感じなかったということです。

どういうことかというと、「材料力学の難しい所」で書いた

問題を解くための「計算処理」が非常に難しく感じるということです。

したがって、期末試験やレポート課題では、1.78mm、48.0MPaなどの計算処理でつまずいていることで単位を落としてしまうことが大きな原因として考えられます。

それでは、それに関する対処について書いていきます。

材料力学のテストは「くもん」

材料力学を一年履修して気づいたのは、材料力学のテストって「くもん」じゃんということです。

なんでかっていうと、テストで起こる間違いが計算ミスによって答えを間違えてしまう、公式を忘れてしまったというミスがほとんどだと考えられるからです。

したがって、使うべき公式をすぐに取り出すことと計算処理のスピードとあげることが、材料力学の期末試験で6割をとることへの一番の近道であると考えられます。

演習問題を定期的に解く

大学生になると問題を解くという場面が減るかもしれませんが、材料力学に関していえば、演習量が問題への慣れへと繋がり、自ずと公式の暗記、計算処理スピードの増加をもたらします。

この段階を踏まずに、定期テスト前だけ勉強するとなると膨大な公式の量と、慣れない単位、有効数字が伴う計算処理に対応することは難しいでしょう。

よって、材料力学に関していうと、毎回の授業での演習をしっかりと行うことが必須だと考えられます。

使えるものは使おう

現在は、コロナウイルスの影響で、授業自体がオンラインもしくは課題提出がオンライン上などの対策が取られていると思います。

そこで、そのような状況下だから可能な数値計算で絶対に間違えない方法をお伝えします。

Excelの関数を使う

材料力学の公式は、重複積分法など一部を除けば、四則演算で成り立っているものが多いです。

よって、Excelの関数を使うことで用いる公式によって導かれる値が、正確に得ることができます。

したがって、数値計算だけで言えば、確実に満点の状態で提出することができるということです。

また、電卓による計算よりももちろん早いので、オンライン授業である場合はExcelを使わない理由はないです。

まとめ

材料力学の単位を取る方法として、数値計算という点に特化してお伝えしました。

ここで、書いた方法で材料力学の単位を良い成績で取得したので間違えたことは伝えていないと考えられます。

最後までありがとうございました!!

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