動力学（力学）：力と運動を研究する学問

基本原理

近代動力学の基礎は、17世紀後半にアイザック・ニュートンによって定式化された。彼の運動法則は、多くの問題に対する実用的な枠組みを与える。

• 第1法則：物体は、外力が作用しない限り、等速運動または静止の状態を保つ。
• 第2法則：合力は運動量の変化率に比例する（質量が一定の場合は、しばしば F = ma と表される）。
• 第3法則：あらゆる作用には、それと等しく反対向きの反作用がある。

構成要素と見方

動力学を実際に扱う際には、記述と説明を分けることが多い。運動学は、原因には触れず、運動の幾何学的性質と時間への依存性、すなわち位置、速度、加速度を記述する。キネティクス、すなわち狭義の動力学は、こうした運動学的量を力およびトルクと結び付ける。「動力学」に両方の見方を含める文献もあれば、運動学とキネティクスを明確に区別する文献もある。

数学的定式化

ニュートン力学のベクトル的手法に加え、動力学はラグランジュ力学やハミルトン力学など、エネルギーと変分原理に基づく手法でも定式化される。これらは、拘束をもつ系、連続体、多数の自由度をもつ系に対して強力な手段となり、古典動力学を現代物理学へと結び付ける。

応用と主な事項

動力学は、構造物・車両・ロボットの工学設計、運動分析を扱う生体力学、軌道を扱う天体力学を支えている。実務上重要な区別には、静力学（運動変化がない状態）と動力学、線形応答と非線形応答、複雑な系における決定論的挙動とカオス的挙動がある。

参考学習

入門的な講義や参考文献では、通常は最初に運動学を扱い、次にニュートン動力学とエネルギー法を導入する。応用問題では、解析解を得ることが実用的でない場合に、挙動を予測するため計算動力学や数値シミュレーションが広く用いられる。