FIZYKA I i II WYKŁAD (2 semestry, 2 godz. tygodniowo egzamin w sesji letniej)

Transkrypt

1 FIZYKA I i II WYKŁAD ( semestry, godz. tygodniowo egzamin w sesji letniej) sala A D10, czwartek godz dr hab. inż. Andrzej Baczmański, Prof. AGH Pokój 317 (III p, D10), tel Andrzej.Baczmanski@fis.agh.edu.pl FIZYKA I wykład/ćwiczenia 30/15 Obowiązkowe kolokwium z wykładu obejmujące mechanikę Warunkiem koniecznym uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest pozytywna ocena z ćwiczeń audytoryjnych. Ocena końcowa jest równa średniej ważonej równej 0.3*KW + 0.7*OC, gdzie KW -ocena z kolokwium z wykładów oraz OC ocena z ćwiczeń audytoryjnych. FIZYKA II wykład/ćwiczenia/laboratorium 30/30/15 Egzamin obejmujacy materiał I i II semestru (w przypadku zdanego kol. w I sem. - zwolnienie z części obejmujacej mechanikę) Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej wymaga uzyskania pozytywnych ocen z ćwiczeń audytoryjnych, ćwiczeń laboratoryjnych oraz egzaminu. Ocena końcowa (OK) obliczana jest według algorytmu: 1)w przypadku zdania I terminu egzaminu: OK = (3*E+C+L)/5 )w przypadku zdania II terminu egzaminu (niezdania I terminu): OK = (+*E+C+L)/5 3)w przypadku zdania III terminu egzaminu (niezdania I i II terminu): OK = (++E+C+L)/5 gdzie E ocena pozytywna z egzaminu, C ocena z ćwiczeń audytoryjnych (liczona jako średnia ze wszystkich terminów), L ocena z ćwiczeń laboratoryjnych (liczona jako średnia ze wszystkich terminów). 1

2 WAŻNE INFORMACJE: A. Literatura do wykładu 1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki, tomy 1-5, PWN, Warszawa, 003;. J. Orear, Fizyka, WNT, Warszawa, 1990; 3. J. Wolny, Podstawy Fizyki, Wydawnictwo JAK, 011; 4. Z. Kąkol, Fizyka Wykłady z fizyki; 5. Z. Kąkol, J. Żukrowski: e-fizyka internetowy kurs fizyki, 6. Z. Kąkol, J. Żukrowski symulacje komputerowe ilustrujące wybrane zagadnienia z fizyki. Pozycje 4-6 dostępne ze stron: B. Plan wykładu C. Zasady wystawiania oceny końcowej (i ocen cząstkowych) D. Inne informacje dotyczące np. odrabiania zajęć WAŻNE INFORMACJE: Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki - I rok: (w przygotowaniu) A. Dodatkowe materiały i przykłady B. Zakres materiału obowiązujący do egzaminu C. Przykładowe pytania (kolokwium z wykładu i egzamin) D. Bieżące informacje

3 1) Cel i metodologia badań fizycznych Fizyka to nauka, której celem jest poznanie i opisanie praw przyrody, od których zależą zjawiska fizyczne. Prawa opisujące zjawiska fizyczne powinny być jak najprostsze, ścisłe i możliwie ogólne. Językiem fizyki jest matematyka. Opis ilościowy (za pomocą liczb i wzorów). Przykład 1: ruch pocisku zjawisko fizyczne Opis słowny: Pocisk poleciał do góry, następnie zaczął spadać i upadł koło drzewa. Opis nie jest ogólny i jest nieprecyzyjny 3

4 Przykład 1: Opis matematyczny ruch pocisku zjawisko fizyczne Opis rzutu ukośnego jest ogólny i dotyczy dowolnego ciała. * opis położenia (układ współrzędnych) x = (v cos α)t 0 gt y = (v0 sin α)t g y = (tg α)x x (v0 cos α) tor ruchu - parabola z v0 sin α z = g zasięg * wielkości i parametry ruchu * równania ruchu * rozwiązania równań 0 v sinα t = g czas lotu Przykład : Prawa Maxwella (1864) Prawo Równanie 1 prawo Gaussa dla elektryczności Q Ed S = ε r ε 0 prawo Gaussa dla magnetyzmu 3 uogólnione prawo Faradaya 4 uogólnione prawo Ampère'a B d S = 0 dφb Ed l = d t dφe B d l = µ rµ 0ε rε 0 + µ rµ 0I d t oraz siła Lorentza F = q E + q v B elektrostatyka prądy elektryczne magnetyzm fale elektromagnetyczne 4

5 Przykłady trudniejsze... Doświadczenie Michelsona-Morleya ( ): prędkość światła jest stała we wszystkich układach inercjalnych Szczególna Teoria Względności (Einstein 1905) : czas zależy od układu, w którym go mierzymy Pomiary czasu życia cząstek elementarnych, pomiar czasu przez poruszajęce się zegary Przykłady trudniejsze... Interpretacja doświadczeń (początek XX wieku): promieniowanie ciała doskonale czarnego (1900) efekt fotoelektryczny (1905) linie spektralne (1913) Mechanika Kwantowa (teoria) doskonale opisuje świat cząstek i atomów Dowodem na słuszność Mech. Kwantowej są wyrafinowane eksperymenty z dziedziny z fizyki wysokich energii, fizyki jądrowej, optyki, fizyki ciała stałego, itp. MRJ Ψ(x,t) 5

6 PODSUMOWANIE: Fizyka jest nauką poszukującą podstawowych praw opisujących zjawiska zachodzące w przyrodzie.... metodologia badań fizycznych Fizyka teoretyczna Fizyka doświadczalna Teorie: opis praw przyrody interpretacja wyników doświadczeń przewidywanie wyników przyszłych eksperymentów Eksperymenty: badanie nowych zjawisk sprawdzanie przewidywań teoretycznych x = (v cos α)t 0 gt y = (v0 sin α)t Teoria Przykład 1 (rzut ukośny): v0 sin α z = g v0 sin α t = g Doświadczenie Pomiary zasięgu i czasu w zależności od v o i α 6

7 ) Przedmiot badań i działy fizyki - czyli od cząstek elementarnych do kosmologii fizyka astrofizyka, kosmologia optyka, fizyka atomowa fizyka cząstek elementarnych i wysokich energii fizyka materii (ciało stałe, ciecze, gazy) 1) Cząstki elementarne Szukamy podstawowego budulca materii cząstek elementarnych oraz sił jakie między nimi występują. Model standardowy - teoria Oddziaływanie grawitacyjne: grawiton? 7

8 Oddziaływania w przyrodzie grawitacyjne słabe elektromagnetyczne silne Budowa materii 8

9 Fizyka wysokich energii 01 LEP Large electron pozytron collider, LHC- Large hadron collider (7 TeV) ) Astrofizyka W kosmologii poszukuje się modelu i praw opisujących powstanie i ewolucję Wszechświata. Wykorzystuje się w tym celu metody fizyczne. Sonda WMAP Promieniowanie mikrofalowe tła ( T.7 K ) świece standardowe 9

10 Modele kosmologiczne wiek Wszechświata (ok mld lat) w ciągu ostatnich 5 mld lat Wszechświat nie tylko nie zmniejszał tempa ekspansji, lecz je przyspieszał!!!! Rozmiar: lat świetlnych czyli m 10

11 Budowa wszechświata Ciężkie pierwiastki 0.03% Neutrina 0.3% Gwiazdy 0.5% H i He 4 % Ciemna energia 70% Ciemna materia 5% 3) Cząsteczki, atomy, optyka... lasery CD (laser) Spektroskopia optyczna 11

12 4) Fizyka fazy skodensowanej Dioda tunelowa - Leo Esaki - ur.195 (Japonia) Tranzystor J. Bardeen, W.H. Brattain, W. Shockley - USA twarde dyski (magnetyzm) Albert Fert Peter Grünberg The Nobel Prize in Physics 007 "for the discovery of Giant Magnetoresistance" nadprzewodniki Ciekłe kryształy Jednostki podstawowe 1

13 Równania matematyczne (opisujace zjawiska fizyczne) wyrażają ilościowe relacje między wielkościami fizycznymi Pomiary określające liczbowo stosunek danej wielkości do przyjętej jednostki Równania matematyczne (opisujace zjawiska fizyczne) wyrażają ilościowe relacje między wielkościami fizycznymi Pomiary określające liczbowo stosunek danej wielkości do przyjętej jednostki liczba Avogadra N A = 6, mol -1 13

14 Równania matematyczne (opisujace zjawiska fizyczne) wyrażają ilościowe relacje między wielkościami fizycznymi Pomiary określające liczbowo stosunek danej wielkości do przyjętej jednostki Równania matematyczne (opisujace zjawiska fizyczne) wyrażają ilościowe relacje między wielkościami fizycznymi Pomiary określające liczbowo stosunek danej wielkości do przyjętej jednostki 14

15 Równania matematyczne (opisujace zjawiska fizyczne) wyrażają ilościowe relacje między wielkościami fizycznymi Pomiary określające liczbowo stosunek danej wielkości do przyjętej jednostki światłość jest równa 1 kandeli dla światła monochromatyczne o częstości 5, Hz i i energetycznym natężeniu promieniownia 1/683 W/sr. (wizualną jasność źródła światła) 15