W-1 (Jaroszewicz) 21 slajdów. ogólne wiadomości o wykładzie. układy odniesienia i współrzędnych punkt materialny

Transkrypt

1 Gmach UE

2 W-1 (Jaroszewicz) 21 slajdów Fizyka ogólna ogólne wiadomości o wykładzie przedmiot i metodologia fizyki układy odniesienia i współrzędnych punkt materialny

3 3/20 L.R. Jaroszewicz Wykładowca: prof. dr hab. inż. Leszek R. JAROSZEWICZ Dyrektor Instytutu Fizyki Technicznej tel: konsultacje: poniedziałek 15:30-16:30

4 4/20 L.R. Jaroszewicz Karta informacyjna przedmiotu Przedmiot : Fizyka C8X1 06 S1 02, 2NX1 06 S2 02 Wydział: Nowych Technologii i Chemii Instytut: Fizyki Technicznej Rodzaj studiów: Stacjonarne studia magisterskie Kierunek: INŻYNIERIA MATERIAŁOWA, CHEMIA Obowiązkowy: tak GRUPY : N8X1-2S1, C8X1-4S1 Semestr godzin w semestrze : razem wykłady ćwiczeni a laboratoria punkty ECS uwagi I 60/X 30/+ 18/+ 12/+ 7 x egzamin II 60/X 30/+ 18/+ 12/+ 6 + zaliczenie Prowadzący ćwiczenia: C8X1S1, C8X2S1, C8X3S1,- dr inż. ż Aleksander Kieżunż C8X4S1, N8X1S1, N8X2S1 dr inż. Idzi Merta Kurs wyrównawczy wykład dr inż. Aleksander Kieżun, ćwiczenia jak wyżej Prowadzący laboratorium: pracownicy IFT (dr inż. Konrad Zubko)

5 5/20 L.R. Jaroszewicz Metody oceny: Semestr I oraz II Ćwiczenia: dwa kolokwia w semestrze Laboratorium: zaliczenie wszystkich ćwiczeń (teoria i sprawozdania z badań) Egzamin: testowo-ustny. Można przystąpić pod warunkiem zaliczenia ćwiczeń i laboratorium.

6 6/20 L.R. Jaroszewicz Program tematyczny z fizyki na semestr zimowy i letni Fizyka 1 sem. I Fizyka 2 sem. II Przedmiot i metodologia fizyki. Układy współrzędnych. Układy 1 odniesienia. Punkt materialny. 2 Kinematyka punktu materialnego. Prędkość, przyspieszenie. Ruch prostoliniowy. Ruch po okręgu. Dynamika punktu materialnego. Układy inercjalne. Zasady 3 dynamiki. Transformacje Galileusza. 4 Nieinercjalne układy odniesienia. Siły bezwładności. Ziemia jako przykład nieinercjalnego układu odniesienia. Elementy szczególnej teorii względności. Transformacje Lorentza. Względna równoczesność. Skrócenie długości. Wydłużenie czasu. Składanie prędkości. Dynamika relatywistyczna. y Czasoprzestrzeń. Promieniowanie świetlne. Optyka geometryczna. 5 Mechanika ciała sztywnego. Moment bezwładności. Elementy optyki relatywistycznej. y 6 Pola siłowe i ich charakterystyka. Pola zachowawcze. Ruch w polu grawitacyjnym. Polaryzacja, interferencja i dyfrakcja światła. Dyspersja. 7 Prawa zachowania pędu, momentu pędu, energii. Zderzenia ciał. 8 Drgania harmoniczne swobodne i tłumione. Drgania wymuszone. Dualizm korpuskularno-falowy. Promieniowanie ciała doskonale czarnego. Efekt fotoelektryczny, efekt Comptona. Funkcja falowa. Równanie Schrödingera. 9 Ruch falowy. Równanie fali płaskiej. Fala stojąca. Fale złożone. Cząstka ą w studni potencjału. Efekt tunelowy. 10 Podstawy akustyki: równanie akustyki, parametry ośrodka Budowa atomu wodoru. Model Bohra. Orbitalny i spinowy moment pędu (pojęcie spinu). Liczby kwantowe. Pole elektryczne w próżni. Prawo Gaussa. Zakaz Pauliego. Układ okresowy pierwiastków. Pole elektryczne w dielektrykach. Promieniowanie rentgenowskie. Fizyka laserów. Spójność światła. Pole magnetyczne. Siła Lorentza. Prawo Biota-Savarta. Fizyka jądrowa. Siły jądrowe. Promieniotwórczość. Indukcja elektromagnetyczna. Zjawisko samoindukcji i indukcji wzajemnej. Uogólnione prawo Ampera. Równania Maxwella. Fale elektromagnetyczne. Wektor Poyntinga Przemiany i reakcje jądrowe. Cząstki elementarne. Ewolucja poglądów na czas i przestrzeń

7 7/20 L.R. Jaroszewicz autor AW A.W. Astachow iinnii M. Demianiuk M. Demianiuk A. Rogalski D. Halliday, R. Resnick, J. Walker Z. Raszewski J. Zieliński T. Kostrzyński Z. Raszewski i inni S. Bartnicki i inni J. Massalski i M. Massalska Literatura podstawowa tytuł Kurs fizyki, WNT, Warszawa Wykłady z fizyki dla inżynierów cz. I, II, i III Wybrane przykłady zadań do wykładów z fizyki dla inżynierów. Podstawy fizyki dla elektroników, Skrypt WAT Podstawy fizyki. Cz. I-V, PWN, Warszawa, Wybrane zagadnienia z fizyki, Podręcznik Akademicki, Bel Studio sp. zoo Fizyka ogólna. Przykłady i zadania z fizyki, cz. I., Rozwiązania i odpowiedzi do zadań z fizyki, cz.ii. Skrypt WAT Fizyka ogólna - ćwiczenia laboratoryjne, cz. I i II. Skrypt WAT Fizyka dla inżynierów, cz. I i II, WNT, Warszawa rok wydania

8 8/20 L.R. Jaroszewicz Przedmiot i struktura fizyki Fizyka jako nauka Faraday: fizyka to eksperymentowanie i ogłaszanie wyników,, Smoluchowski: fizyka jest to nauka o zjawiskach przyrody martwej oraz o zjawiskach, które są ą wspólne przyrodzie żywej y j i martwej. Określenia uniwersalne 1) Fizyka jest to nauka przyrodnicza zajmująca się ruchem we wszelkich jego przejawach oraz jego przyczynami i skutkami 2)Fizyki jest nauką o przyrodzie, jej prawach i ich zastosowaniu.

9 9/20 L.R. Jaroszewicz Poziomy fizyki I. Poziom fundamentalny albo inaczej poziom teorii zasadniczych obejmujący j trzy zasadnicze teorie: teorię względności, ś teorię kwantów, teorię statystyczną II. Poziom fizyki doświadczalnej i teorii konstrukcyjnych obejmujących opis praw określających związki przyczynowo-skutko- we, występujące w przyrodzie, oraz ich doświadczalną weryfikację, np. mechanikę teoretyczną, teorię pola elm, teorię budowy atomów i wiązań atomowych, fizykę ciała stałego i inne teorie oraz związane z nimi działy eksperymentalne, których celem jest opis zjawisk występujących w przyrodzie w formie związków przyczynowo- skutkowych. III. Poziom dyscyplin technicznych obejmujący badania w zakresie możliwości technicznej aplikacji teorii i wyników badań eksperymentalnych z poziomu II zawierają- cy m.in. dyscypliny takie jak: elektronika, inżynieria materiałowa, budownictwo i inne

10 10/20 L.R. Jaroszewicz Struktura wiedzy fizycznej rozwój w iedzy tech hnicznej his storyczny IV Specjalności techniczne TEORIA POLA ELM III Dyscypliny techniczne TEORIA BUDOWY ATOMÓW.. FIZYKA CIAŁA STAŁEGO MECHANIKA TEORE- TYCZNA II Fizyka doświadczalna i teorie konstrukcyjne TEORIA KWANTOWA TEORIA WZGLĘDNOŚCI I Fundamentalne teorie fizyki TEORIA STATYSTYCZNA NAUKI TE ECHNIC CZNE TERMO- DYNA- MIKA... NAUKI FIZYCZ ZNE owie dys scypecjalno ości inżynier pliny, s zycy fi ko izycy specjaliści ja inżynier owie - f tec chniczni

11 11/20 L.R. Jaroszewicz Rola fizyki w kształceniu inżynierów Fizyka nauką podstawową w wykształceniu inżynierskim inżynier jest to specjalista mający wyższe wykształcenie w jednej z dyscyplin wiedzy technicznej, przygotowany do działalności ł ś i w jednej j lub kilku specjalnościach ś związanych z projektowaniem, konstruowaniem, organizacją produkcji i eksploatacją, maszyn narzędzi, broni, materiałów, środków komunikacji, środków gromadzenia i przetwarzania informacji oraz innych obiektów i przedmiotów materialnych społecznieł użytecznych. ż

12 12/20 L.R. Jaroszewicz Jednostki układu SI Jednostki podstawowe i uzupełniające układu SI L.p. Wielkość Symbol Jednostka Symbol Wymiar Wzór wielkości jednostki określajacy Jednostki podstawowe 1 Długość lbh l,b,h,r,d,s metr m m 2 Masa m, M kilogram kg kg 3 Czas t, T sekunda s s 4 Natężenie prądu elektrycznego I amper A A 5 Temperatura w skali T, θ kelwin K K termodynamicznej 6 Liczność (ilość) materii n, ν mol mol mol 7 Światłość I, J kandela cd cd Jd Jednostki uzupełniające ł ij 8 Kąt płaski α, β, γ, θ radian rad α=l/r 9 Kąt ą bryłowy y ϑ, ϕ, ω, Ω steradian sr Ω=S/r 2 l-długość, b-szerokość,h-wysokość,r-promień, d-średnica, s-droga.

13 13/20 L.R. Jaroszewicz Definicje jednostek podstawowych i uzupełniających układu SI Metr jest to długość równa , 73 długości fali w próżni promieniowania odpowiadającego przejściu między poziomami 2p 10 i5d 5,atomu 86 Kr (kryptonu 86). Kilogram jest to masa międzynarodowego wzorca tej jednostki przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sevres. Sekunda jest to czas równy okresów promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego 133 Cs (cezu 133). Definicja ta pozwala określić sekundę z dokładnością czyli 100 razy dokładniej niż w przypadku posługiwania się ruchem obrotowym Ziemi Amper jest to prąd elektryczny nie zmieniający się, który płynąc w dwóch równoległych prostoliniowych, nieskończenie długich przewodach o przekroju znikomo małym, umieszczonych w próżni w odległości 1 metra od siebie, wywołałby między tymi przewodami siłę N (niutona) na każdy metr długości. Kelwin jest to 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody. Mol jest to liczność (ilość) materiiwystępująca, gdy liczna cząstek jest równa liczbie atomów zawartych w masie 0, kg (kilograma) 12 C (węgla 12). Kandela jest to światłość, jaką ma w kierunku prostopadłym powierzchnia 1/ m 2 (metra kwadratowego) promiennika zupełnego w temperaturze krzepnięcia platyny pod ciśnieniem Pa (paskali). Radian jest kątem płaskim o wierzchołku w środku koła, wycinającym z obwodu tego koła łuk o długości równej jego promieniowi. Steradian jest kątem bryłowym o wierzchołku w środku kuli, wycinającym z powierzchni tej kuli pole równe kwadratowi jej promienia.

14 14/20 L.R. Jaroszewicz Uczeni badający ruch Galileo Galilei René Descartes Sir Isaac Newton Fizykt i matematyk Astronom ifizyk Filozof Fizykt i matematyk

15 15/20 L.R. Jaroszewicz Galileo Galilei (astronom i fizyk) (Galileusz) włoski filozof, astronom. Od 1589 profesor w Pizie i Padwie. Twórca nowożytnej mechaniki i astrofizyki. Poglądy swe wyłożył między innymi w dziełach Probierca złota (II Saggiatore), 1623 i (Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo), W poglądach filozoficznych Galileusza szczególne znaczenie posiadają cztery zasady metodologiczne dotyczące przyrodoznastwa, z których wynika, że należy je traktować: A) doś- wiadczalnie, B) matematycznie, C) ograniczyć do badania zjawisk, D) ograniczyć do badania przyczyn

16 16/20 L.R. Jaroszewicz René Descartes (filozof) (Kartezjusz) filozof, matematyk i fizyk francuski. Pochodził z rodziny szlacheckiej o tradycjach lekarskich. Kształcił się w kolegiach jezuickich. Wtedy już dał się poznać jako wybitny matematyk o wielce krytycznym umyśle. Studiował prawo i medycynę. W 1618 wstąpił do armii; po jej opuszczeniu wiele podróżował po Europie. W 1628 osiada na stałe w Holandii. Zmarł w Szwecji. Kartezjusz stworzył podstawy geometrii analitycznej oraz wprowadził podstawowe pojęcia takie jak: zmienna niezależna, funkcja, układ współrzędnych prostokątnych; opracował również podstawowe twierdzenia algebry, a w dziedzinie fizyki sformułował prawo zachowania pędu.

17 17/20 L.R. Jaroszewicz Sir Isaac Newton (fizyk i matematyk) Angielski matematyk, fizyk, alchemik i teolog. Położył podwaliny pod współczesną fizykę i analizę matematyczną, a także ogólną metodo- logię nauk doświadczalnych. Sformułował trzy prawa dynamiki oraz prawo powszechnego ciążenia, przyczynił się do rozwoju optyki i analizy widmowej (rozczepienie światła białego), wynalazł rachunek różniczkowy i całkowy (równolegle i niezależnie od Leibniza). Stworzył podstawy rachunku wariacyjnego. Zasady dynamiki i prawo powszechnego ciążenia pozwoliły wyjaśnić prawa Keplera, ostatecznie potwierdzając heliocentrycz- ny system Kopernika. Był ośrodkiem wielu sporów dotyczacych pierwszeństwa odkryć naukowych, gdyż publikował swoje osiągnięcia niechętnie i z dużym opóźnieniem.

18 18/20 L.R. Jaroszewicz Punkt materialny, układ odniesienia Przez punkt materialny rozumiemy punkt geometryczny, w którym skupiona jest pewna masa. Co to jest ruch? Punkt materialny jest w ruchu jeżeli stwierdzimy, że zmienia się jego odległość względem innego ciała. Ruch jako pojęcie absolutne nie ma sensu. Zawsze rozpatrujemy ruch względem jakiegoś innego ciała (układu). Układ, względem którego rozpatrujemy ruch będziemy nazywali układem odniesienia. Układem odniesienia może być pociąg, Ziemia, Układ Słoneczny, Galaktyka. Położenie punktu w przestrzeni określamy za pomocą współrzędnych, ę przy czym liczba współrzędnych ę potrzebna do opisania położenia punktu jest równa liczbie wymiarów przestrzeni.

19 19/20 L.R. Jaroszewicz Układy współrzędnych Układ kartezjański z P(x,y,z) z O y x y Układ walcowy z P(r,ϕ,z) z O y ϕ r x y x x x = r cosϕ; y = r sinϕ; z = z 2 2 y r = x + y ; ϕ = arctg ; z = x z

20 20/20 L.R. Jaroszewicz Układ sferyczny y Układ biegunowy z P(r,θ,ϕ) r θ z z P(r,ϕ) x O y ϕ x ϕ y O x x y x = r sin θcos ϕ; y = r sin θsin ϕ; z = r cos θ x = r cosϕ; y = r sin ϕ; x + y r = x + y + z ; θ = arctg ; ϕ = z arctg y x 2 2 r = x + y ; ϕ = arctg y x

21