Fizyka. Wyższa SzkołaTurystykiiEkologii i Wydział Informatyki, rok I. Wykład pierwszy.

Transkrypt

1 Fizyka Wykład piewszy (8 mazec2014) Wpowadzenie. Mechanika Powadzący: e mail: stona www: D inż. Andzej Skoczeń sucha@skoczen.pl Wyższa SzkołaTuystykiiEkologii i Wydział Infomatyki, ok I 1

2 Tematyka wykładów z fizyki: III Wpowadzenie. Mechanika: kinematyka, dynamika, gawitacja, paca i enegia, uch obotowy, dgania. Temodynamika III Elektyczność. Elektomagnetyzm. Pąd elektyczny. Fale IV Fizyka kwantowa. Pomieniowanie V Fizyka ciała stałego. Półpzewodniki. Dioda i tanzysto.? X Egzamin temin I Podstawy matematyczne: Wektoy, liczby zespolone, funkcje tygonometyczne Definicja i technika obliczania pochodnych Definicja i technika obliczania całek nieoznaczonych Definicja i technika obliczania całek oznaczonych Równania i óżniczkowe 2

3 Fizyka Nauka pzyodnicza tzn. taka dla któej pzedmiotem badań jest świat mateialny, Bada najbadziej fundamentalne i uniwesalne własności matei i zjawisk, Jestt nauką ścisłąi i ilościowąś i tzn. posługujeł się pojęciem wielkości fizycznej, a wyniki podaje w postaci liczb i paw. Wielkość fizyczna : Właściwość ciał lub cecha chaakteystyczna zjawisk, któą można zmiezyć. 3

4 Fizyka Pomia : Poównanie wielkości fizycznej z wielkościa tego samego odzaju w ilości uznanej za jednostkową. Pawo fizyki : Zauważalnyż związek lub koelacja między faktami lub zjawiskami fizycznymi wyażony w posataci wzou matematycznego. 4

5 Układ SI (Système Intenational d'unités) Międzynaodowy Układ Jednostek Mia zatwiedzony w 1960 (później modyfikowany) pzez Genealną Konfeencję Mia. Długość Met [m] Odległość, jaką ą pokonuje światło wpóżni w czasie 1/ s. (1983) Masa Czas Tempeatua Natężenie pąd elektyczny Światłość Ilość mateii Kilogam [kg] Sekunda [s] Kelwin [K] Ampe [A] Kandela [cd] Mol [mol] masa międzynaodowego wzoca (walca o wysokości i śednicy podstawy 39 mm wykonanego ze stopu platyny z iydem) pzechowywanego w Międzynaodowym Biuze Mia w Sèves koło Payża. (1889) czas ówny okesom pomieniowania odpowiadającego pzejściu między dwoma poziomami F 3 i F 4 stuktuy nadsubtelnej stanu podstawowego 2 S 1/2 atomu cezu 133 Cs (powyższa definicja odnosi się do atomu cezu w spoczynku w tempeatuze 0 K) (1967) Tempeatua ówna 1/273,16 tempeatuy temodynamicznej punktu potójnego wody. pąd, któy płynąc wdwóchównoległych, postoliniowych, nieskończenie długich pzewodachoznikomomałym pzekoju kołowym, umieszczonych w póżni w odległości 1 m od siebie, spowodowałby wzajemne oddziaływanie pzewodów na siebie z siłą ówną Nnakażdy met długości pzewodu. światłość z jaką ą świeci w okeślonym kieunku źódło emitujące pomieniowanie monochomatyczne o częstotliwości 5, Hz i wydajności enegetycznej w tym kieunku ównej (1/683) W/s. Liczba cząstek ówna liczbie atomów zawatych w 12 gamach izotopu węgla 12 C czyli liczbie Avogada N ) A (6, ± 0, ) cząstek.

6 Metoda fizyki Ekspeyment indukcja Pojektowanie ekspeymentu Pawa Fizyki budujące Teoię dedukcja Spawdzian teoii: Weyfikacja Falsyfikacja Pzewidywania 6

7 Cel fizyki Poznawczy Poznanie elementanych składników mateii i fundamentalnych odzdziaływan między nimi Paktyczny Niezliczone zastoswania odkyć fizyki w innych dziedzinach naukowaych: technice, biologii, medycynie i in. 7

8 Tales ( p.n.e) Aystoteles ( p.n.e) Galileusz ( n.e) Histoia fizyki Isaac Newton ( ) mechanika James Clek Maxwell ( ) elektomagnetyzm w. XX: Albet Enstein elatywistyka Max Planck, Niels Boh, Wene Heisenbeg, Ewin Schoedinge fizyka kwantowa 8

9 Michał Faaday zapoczątkował badania nad wytwazaniem i zastosowaniem pądu elektycznego: 1812 piewsze ogniwo dostaczające SEM (dwa pawa elektolizy) 1821 piewszy silnik elektyczny (pawo Faadaya indukcji elektomagnetycznej) Słynne zdanie Faadaya do Gladstone a: One day, Si, you will tax it.

10 Masa, ładunek, spin Spin Wewnętzny moment pędu cząstek. Jest podawany w jednostkach ħ (zedukowana stała Plancka). Ładunek elektyczny Podawany w jenostkach ładunku potonu (elektonu) Jest tzw. ładunek elementany: e 1, (40) C Enegia Podawany w jenostkach: 1eV 1, J Masa Podawany w jenostkach: 1GeV/c 2 1, kg Masa potonu wyażona w takich jednostkach wynosi: m p 0,938GeV/c 2

11 Stała Plancka Stałe uniwesalne Ma wymia działania, pojawia się w większości ównań mechaniki kwantowej. Histoycznie stała Plancka pojawiła się w pacy Maxa Plancka na temat wyjaśnienia pzyczyn tzw. katastofy wnadfioleciewpawie pomieniowania ciaładoskonaleczanego. Planck stwiedził, że enegianiemoże być wypomieniowywana w dowolnych ciągłych ilościach, a jedynie w postaci "paczek" (kwantów) o watości hν, gdzieν jest częstotliwością. W układzie SI jest ówna: h 6, (29) J s 4, (91) ev s ħ h/2π 1, (18) J s 6, (56) ev s Pędkość światła pędkość ozchodzenia się fali elektomagnetycznej w póżni Nie zależy od częstościś fali (ω2πν) ani układu odniesienia. Stałośćł tej pędkości ś wynika z podstawowych własności pzestzeni. W elektodynamice klasycznej pędkość światła jest konsekwencją ównań Maxwella i daje się wyazić pzez dwie inne stałe uniwesalne: W układzie di SIjest ówna: 1 c c m/s ε 0µ 0

12 Cztey odzaje fizyki KLASYCZNA KWANTOWA 1 c ms 1 RELATWISTYCZNA 1 0 c NIERELATWISTYCZNA h 0 h Js 12

13 Kinematyka KINEMATYKA ozważa uch nie wnikając w jego pzyczyny. PUNKT MATERIALNY idealny obiekt fizyczny o okeślonej masie, a nie posiadający ozmiaów. RUCH dokonująca się w czasie zmiana położenia ciała względem innych ciał. UKŁAD ODNIESIENIA ciało lub układ ciał, z któym możemy związać układ współzędnych, względem któego ozważamy uch. Wekto wodzący znajduje się ciało. Wekto pzemieszczenia WZGLĘDNOŚĆ RUCHU wekto łączący początek układu odniesienia z punktem, w któym k p 13

14 Definicja pędkości Pędkość chwilowa tzn. okeślona w danej, nieskończenie kótkiej chwili; np. na ysunku użyto oznaczeń początkowej 0 lub końcowej 1, ale może to byc dowolna chwila pomiędzy nimi. v d dt lim t 0 t Pędkość ę jest pochodną ą wektoa wodzącego ą po czasie. Jest to wekto styczny do tou uchu. Pędkość śednia v ś t 14

15 Definicja pzyspieszenia Pzyspieszenie chwilowe tzn. okeślone w danej, nieskończenie kótkiej chwili; np. na ysunku użyto oznaczeń początkowej 0 lub końcowej 1, ale może to byc dowolna chwila pomiędzy nimi. a dv v dt lim t 0 v t Pzyspieszenie jest pochodną wektoa pędkości po czasie. Pzyspieszenie ma dwie składowe: styczną do tou: a a s + a n i postopadłą do tou uch: v R 2 a n Pzyspieszenie śednied i v a ś v t 15

16 To uchu : zbó punktów okeślających kolejne położenie ciała w pzestzeni Doga : długość tou, któy zakeśliło ciało, pzemieszczając się z położenia początkowego do końcowego Pędkość : Pzyspieszenie : v d dt dv a dt d 2 2 dt 16

17 ZASADA NIEZALEŻNOŚCI RUCHÓW : Jeżeli punkt mateialny bieze udział ównocześnie w kilku uchach (uch złożony) to każdy z tych uchów (składowych) odbywa się bez zakłóceń tak, jakby pozostałych uchów nie było. RUCHY PROSTE : jednostonny postoliniowy jednostajnie zmienny postoliniowy hamoniczny postoliniowy RUCHY ZŁOŻONE : jednostajny po okęgu zut poziomy zut ukośny 17