LABORATORIUM FIZYKI Zajęca wstępe dla keruków żyerskch dr ż. Korad Zubko pokój 37a, blok 00 korad.zubko@wat.edu.pl kosultacje w semestrze letm roku akademckego 07-8 pątek 5.30 7.00 wersja do edycj (celem przystosowaa do własych zajęć) dostepa u autora
) Czym jest FIZYKA? FIZYKA jest podstawową auką w kształceu żyerów. FIZYKA jest auką przyrodczą zajmującą sę ruchem we wszystkch jego przejawach oraz jego przyczyam skutkam. FIZYKA jest auką o przyrodze, jej prawach zastosowau. Obserwacja zjawsk rzeczywstych Wykoywae dośwadczeń Weryfkacja założeń Wycągae wosków Modele teoretycze zjawsk Model teoretyczy w FIZYCE e jest prawdą jedyą epodważalą!
) Założea cele przedmotu FIZYKA ) Rozszerzee ugrutowae wedzy z Fzyk w celu głębszego zrozumea praw przyrody oraz wykształcee umejętośc ezbędych do dalszego studowaa zagadeń żyerskch. ) Wykształcee umejętośc budowy model fzyczych prostych zjawsk zastosowaa ch do rozwązywaa wybraych zagadeń techczych. 3) Wykształcee umejętośc plaowaa wykoywaa pomarów podstawowych welkośc fzyczych oraz prowadzea aalzy sytezy ch wyków. Do matury 988 w klase matematyczo fzyczej, humastyczej 700 godz 350 godz 0 godz rozszerzoym, podstawowym a proflu przedmotu do matury 06 Zday egzam maturaly pośwadcza mędzy ym: - śwadomość jedośc auk - umejętość samokształcea.
3) Godzy zajęć w laboratorum studa stacjoare keruek studów Studa Nestacjoare zma lato zma lato --- + 8 = 30 J --- --- --- + 6 = 8 A --- + 6 = 8 --- + 6 = 8 L --- + 6 = 8 --- + 6 = 8 S --- + 6 = 8 --- + 4 = 6 B --- + 4 = 6 --- + 4 = 6 G --- + 4 = 6 + = 4 --- I + = 4 --- + = 4 --- H + = 4 --- + = 4 --- K + = 4 --- + 0 = C 0 --- + 0 = N --- --- + 0 = D 8 (I) 8 (II) --- + 0 = E --- 8 (II) + 0 = (I) W --- --- + 0 = --- M 8 --- --- + 8 = 0 T --- 6 --- + 8 = 0 F --- 6
4) Pukty ECTS (p. dla D-st zmą) wykład, ćwczea rachukowe 6, laboratora, razem 60 godz zajęć w salach.. Udzał w wykładach godzy. Samodzele studowae tematyk wykładów godzy 3. Samodzele przygotowae sę do laboratorów godz 4. Udzał w laboratorach godz 5. Samodzele opracowae wyków pomarów 6 godz 6. Samodzele przygotowae sę do ćwczeń rachukowych 4 godz 7. Udzał w ćwczeach rachukowych 6 godz 8. Samodzele rozwązywae zadań rachukowych 4 godz 9. Udzał w kosultacjach godzy 0. Przygotowae sę do zalczea 0 godz Całkowty akład pracy studetów 50 godz czyl 5 puktów ECTS (5-50 godz.). pukt ECTS to 5-30 godz pracy przecętego studeta.
5) Zalczee przedmotu Warukem dopuszczea do zalczea wykładów / egzamu jest uzyskae pozytywej ocey z zalczea ćwczeń rachukowych oraz ćwczeń laboratoryjych. Studec długo dokłade pszą sprawozdae, a auczycele rówe długo dokłade jes sprawdzają. Oretacyjym termem przydatośc do sprawdzaa Sprawozdaa z ćwczeń laboratoryjych jest trzec term wpsów do USOSu mus tydzeń. semestr. term USOS. term USOS 3. term USOS zmowy ~ koec sesj zmowej ~ koec sesj poprawkowej ~ koec roku akademckego ~ styczeń/luty ~ luty ~ kweceń - wrzeseń let ~ koec sesj letej ~ koec sesj poprawkowej ~ koec sesj zmowej ~ czerwec/lpec ~ wrzeseń/paźdzerk ~ styczeń/luty
6) Ocey Edukacja młodszoszkola (szkoła podstawowa, klasy -3) ocea opsowa ocey od do 6 ocea za postępy w auce ~60 % opaowaego materału Edukacja... Edukacja wyższa (studa, stope -3) ocey od do 5 ocea za osągęca w auce 0 0,5,0,5,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5 0 0,5,0,5,0,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6 Na podstawe Regulamu studów wyższych w WAT o przepsau ocey z przedmotu lub jedej z jego form realzacj decyduje: (par. 34 ust. 6) przy powtarzau przedmotu lub tylko (W, C, L) w WAT - auczycel prowadzący do 30 d od rozpoczęca zajęć, (par. 30 ust. 4) przy przepsau zalczoego modułu z dowolej uczel keruku - dzeka po zaczerpęcu formacj od prowadzącego moduł.
7) Zalczee Laboratorum Jedo ćwczee laboratoryje trwa 90 mut obejmuje: odpowedź psemą lub ustą a oceę z zagadeń teoretyczych sposobu wykoaa ćwczea; wykoaa pomarów a zalczee (podps prowadzących a karce pomarów); omówee poprzedch ćwczeń (według potrzeb). Pomary są opracowywae przez ćwczących samodzele, po zajęcach, a podstawe wymagań ogólych skryptu oraz wymagań szczegółowych prowadzących. Ocea za pojedycze ćwczee jest oceą za wykoae sprawozdaa z uwzględeem ocey za teorę sposób wykoaa ćwczea. Do zalczea semestru wymagae jest uzyskae pozytywych oce ze wszystkch sprawozdań (3-4). Ocea semestrala jest średą arytmetyczą ze wszystkch oce za pojedycze ćwczea. Ostate ćwczee może być zalczoe a zajęcach, tylko a podstawe teor jeżel p. wszystke poprzede ćwczea są już zalczoe lub po zajęcach wstępych studec opracowal Ćwczee 0 (rzut śeżkam).
8) Zalczee wstępu teoretyczego Pytaa do każdego ćwczea mogą obejmować podae: tematu celów ćwczea, sposobu wykoaa ćwczea, w tym wskazae które dzałaa zwązae są z kolejym celam ćwczea, sposobu opracowaa daych, w tym przedstawea wyków ch aalzy oraz sytezy, podstaw teor badaego zjawska. Zalczee może odbywać sę w forme odpowedz: psemej a zestaw klku pytań (zwykle a początku zajęć), ustej lub psemej bez sęgaa do materałów (w trakce zajęć), ustej lub psemej w oparcu o przygotowae materały (w trakce zajęć), ustej lub psemej przy oddawau sprawozdaa (w trakce zajęć). REGULAMIN LABORATORIUM - Brak zalczea wstępu teoretyczego jest podstawą do edopuszczea do wykoywaa ćwczea. Nauczycele prowadzący wyzaczają termy odpowedz poprawkowych.
9) Wykoae pomarów Zespół realzujący ćwczee laboratoryje wykouje pomary w oparcu o wytycze ze skryptu z uwzględeem uwag auczycela prowadzącego zajęca. Uwag auczycela prowadzącego zajęca mogą weść zmay do wytyczych zawartych w skrypce celem: uwzględea, że staowsko laboratoryje uległo modyfkacj, zapewea różorodość daych pomarowych, uwzględea, że podobe elemety były lub będą opracowywae w ych ćwczeach przewdzaych w harmoograme. Pomary wykoae przez zespół a zawerające: parametry staowska, welkośc merzoe (wstępe zasadcze), epewośc pomarowe, są podpsywae przez ćwczących przedstawae do akceptacj auczycelow prowadzącemu zajęca. Kartę taką moża kserować. W semestrze plaowae są 3-4 termy dodatkowe wykoaa pomarów.
0) Opracowae wyków pomarów Opracowae wyków pomarów każda osoba ćwcząca realzuje osobśce tworząc odręcze sprawozdae z ćwczea laboratoryjego. Drukowae mogą być tylko: Karta tytułowa oraz Karta pomarów. Drukowae może być też Ćwczee 0 (bez dwóch wykresów) będące fakultatywym sprawdzaem zajomośc zasad opracowaa wyków pomarów. Brak drukark komputera e może być przeszkodą w zalczeu Fzyk! Wykresy wykoujemy odręcze a paperze mlmetrowy formatu A4. Opracowae wyków pomarów realzowae jest w oparcu o wytycze ze skryptu z uwzględeem uwag auczycela prowadzącego zajęca.
) Oddae sprawozdaa Sprawozdae z wykoaa ćwczea laboratoryjego obejmujące:. Kartę tytułową,. Istotę ćwczea, 3. Kartę pomarową (podpsaą, orygał lub kserokopę), 4. Opracowae ćwczea (w tym wykresy), 5. Podsumowae (zestawee wyków, aalza wyków, syteza), powo być przedstawoe do ocey a kolejych zajęcach. REGULAMIN LABORATORIUM - Brak takego sprawozdaa jest podstawą do edopuszczea do wykoaa kolejego ćwczea. Nauczycele prowadzący wyzaczają termy zalczeń poprawkowych.
) Lteratura ) Fzyka ogóla ćwczea laboratoryje, część I oraz część II Stefa BARTNICKI, Wesław BORYS, Tomasz KOSTRZYŃSKI Skrypt WAT, Warszawa 994 ćwczea 39, e 6 ) Fzyka ćwczea laboratoryje Jolata RUTKOWSKA, Tomasz KOSTRZYŃSKI, Korad ZUBKO Skrypt WAT, Warszawa 008 ćwczea - 4 3) Fzyka ćwczea laboratoryje www.wtc.wat.edu.pl/de.php/pl/dydaktyka-w-sec/fzyka/cwcz-fz wersja poprawoa uzupełoa, (wszystke pochode już polczoe) ćwczea 45 Teora zjawsk dostępa jest także w dowolych podręczkach akademckch. p. czytela IBUK w BG WAT http://ha.wat.edu.pl/ha/buk/
.a) Lteratura
3) Karta Tytułowa oraz przykładowe sprawozdae (4 stro)
4) Zadae do wykoaa po zajęcach wstępych (fakultatywe) Badae rozkładu rzutu śeżkam do celu : a) ustalee czy celowao do środka elemetu płotu, b) ustalee czy celowao do wycka parabol wdoczego a elemece płotu, c) opaowae umejętośc opracowaa daych dośwadczalych. Y ( stro do druku lub przepsaa) X
5) Bezpeczeństwo w pracow Wszyscy studec przystępujący do zajęć w laboratorum fzyk muszą odbyć szkolee z zakresu BHP ochroy przecwpożarowej. Szkolea te są orgazowae cetrale w WAT a początku każdego roku akademckego. Odbyca tego szkolea jest potwerdzae w dokumetacj studeta (USOS). Z Regulamu Laboratorum Fzyk 3. Zabraa sę studetom: a. uruchamaa staowsk laboratoryjych bez zezwolea auczycela; b. przełączaa zakresów przyrządów pomarowych poza wskazae przez auczycela; c. przekraczaa zakresów merzoych welkośc poza wskazae przez auczycela; d. wyłączaa staowsk laboratoryjych bez zezwolea auczycela.
6) Przykładowe lsty grup Studet..a Studet..b Studet..c Studet..a Studet..b Studet..c Studet.3.a Studet.3.b Studet.3.c Studet.4.a Studet.4.b Studet.5.a Studet.5.b Zespół to 3 osoby Podgrupa to 5 (ma. 8) osób Grupa to 3 podgrupy Studetka..a Studetka..a Studetka.3.a Studetka.4.a Studetka.5.a Studetka.6.a Studetka..b Studetka..b Studetka.3.b Studetka.4.b Studetka.5.b Czy są a lśce studec z zalczoym mmum... godzam laboratorum?
I) Rozkłady statystycze Rozkłady: - cągłe, - dyskrete. f() Rozkład jedostajy (f) f() Rozkład dwumey (f) Rozkład ormaly Gaussa (f3) Rozkład t-studeta (Gaussa ze skończoą loścą pomarów). Rozkład Boltzmaa f3() Rozkład Mawella Rozkład Fermego-Draca.
II) Rozkład Gaussa Parametry rozkładu: wartość oczekwaa (średa), epewość stadardowa,.... f, ep f () >68,% >95,4% >99,7%
III) Układ SI (Système teratoal d'utés) FIZYKA jest auką operającą sę a pomarach, czyl porówywau welkośc merzoych z ch wzorcam, a astępe wyrażau wyku pomaru w jedostkach daej welkośc. Jedostka to mara daej welkośc. Wzorzec to jeda jedostka daej welkośc. W układze jedostek SI występuje 7 jedostek podstawowych (od roku 995): metr [m], klogram [kg], sekuda [s], amper [A], mol [mol], kelw [K], kadela [cd], oraz jedostk pochode. przedrostk, mega (0 6 ), klo (0 3 ), hekto (0 ), deka (0 ), =0 0, mkro (0-6 ), ml (0-3 ), cet (0 - ), decy (0 - ), =0 0
IV) Rachuek jedostek Wybrae welkośc fzycze Nazwa posadające azwę własą jedostk Symbol jedostk Odpowedk Odpowedk w jedostkach podstawowych kąt płask rada rad m m kąt bryłowy sterada sr m m częstotlwość herc Hz s sła uto N m kg s cśee, aprężee paskal Pa N/m m kg s kg s eerga, praca, cepło dżul J N m C V W s moc, strumeń promeowaa g cm m. 0 36 0 mm wat W J/s V A 0,00kg0,0m 60 s kg m s,(7) 0 kg m s 0 360 33 m 3 m kg s 0,00m kg m s
V) Wartość średa odchylee stadardowe V) Wartość średa odchylee stadardowe Wartość średa ser N pomarów e może być bardzej a mej dokłada od pomaru, y,y Odchylee stadardowe pojedyczego pomaru Nepewość stadardowa pojedyczego pomaru (stosowae tylko w ćwczeu r ) Odchylee stadardowe ser pomarów Nepewość stadardowa ser N pomarów N N N N N... u N N N u N N
VI) Wartość średa jej epewośc Wartość średa epewośc stadardowa, u epewość rozszerzoa U k u ( metoda A k, metoda B k dowole) epewość względa u r u
VII) Nepewość złożoa fukcj jedej zmeej f() epewośc stadardowa złożoa (lość pomarów epewość arzędza ) u c 3 u u ma 3 m epewość względa u c, r u c epewość rozszerzoa U u c u 3 przejśce z rozkładu jedorodego a rozkład Gaussa
VII a) Nepewość złożoa - epewość arzędza pomarowego D 4 4 9 8 7 5 Merk cyfrowy epewość pomaru typu B D - czułość ( a ostatej pozycj) u 3 Merk aalogowy epewość pomaru typu B D - czułość (jeda dzałka) Gdy przy odczyce wskazaa sę zmeają to D ma wększą wartość: p. albo 3 p. albo 3 dzałk Gdy możemy a oko podzelć skalę a mejsze dzałk to D ma mejszą wartość: p. / albo /4 dzałk
VIII) Nepewość złożoa fukcj welu zmeych f(, y, ) epewośc stadardowa złożoa u c f, y,... f, y,... u u y... y (moża też uwzględać epewośc arzędz pomarowych) epewość względa u c, r u c epewość rozszerzoa U u c
IX a) Czy spełoa jest relacja p. a+b=c? ) Jeżel ma m < U( średa ) to sera pomarowa jest skupoa wokół średa teora = 0 = a b c a+b-c = (a+b)/c =,008 5,0355 6,0467-0,0030 0,9995,0004 3,9758 6,0357-0,0596 0,990 0,059 + 0,0596 = 0,87 0,87 > 0,085 => brak skupea ) Jeżel średa teora < U( średa ) to sera pomarowa jest skupoa wokół teora -0,06-0,0 = 0,06 0,06 < 0,085 => skupee zachodz 3) Aalza wykresu stota gdy a+b jest zmee 3,0476,983 5,977 0,059,0099 4,063,9783 6,04-0,0096 0,9984 4,9969 0,9890 6,030-0,045 0,995 średa - 0,06 0,998 epewość std. 0,04 0,0069 epewość rozsz. 0,085 0,037 epewość wzgl. - 3,5450 0,0069
IX b) Czy spełoa jest relacja p. a+b=c? ) Jeżel ma m < U( średa ) to sera pomarowa jest skupoa wokół średa teora = 0 = a b c a+b-c = (a+b)/c =,008 5,0355 6,0467-0,0030 0,9995,0004 3,9758 6,0357-0,0596 0,990,0099-0,990 = 0,098 0,098 > 0,037 => brak skupea ) Jeżel średa teora < U( średa ) to sera pomarowa jest skupoa wokół teora 0,998 -,0000 = 0,009 0,009 < 0,037 => skupee zachodz 3,0476,983 5,977 0,059,0099 4,063,9783 6,04-0,0096 0,9984 4,9969 0,9890 6,030-0,045 0,995 średa - 0,06 0,998 epewość std. 0,04 0,0069 epewość rozsz. 0,085 0,037 epewość wzgl. - 3,5450 0,0069 3) Aalza wykresu stota gdy a+b jest zmee
IX c) Czy spełoa jest relacja p. a+b=c? Aalza stałośc relacj a+b=c 6, 6,5 6, [jedostka] 6,05 Nepewość maksymala ser pomarów typu B (szacowaa) 6 a+b- c 5,95 Średa epewość stadardowa ser pomarów typu A 5,9 3 4 5 6 7 8 9 0 a+b c umer próby a+b c średe
X) Parametry wykresu lowego X) Parametry wykresu lowego Gdy zgode z teorą y = a + b, to wyzaczamy współczyk kerukowy a jego epewość stadardową wyraz woly b jego epewość stadardową oraz współczyk korelacj R 0<R < od 0,7 słaba zbeżość od 0,8 dobra zbeżość od 0,9 bardzo dobra zbeżość y y a ) ( y y b a y b y a y a b y y y y R
XI) Wykoae wykresu zależośc lowej Wykresy wykoujemy odręcze a paperze mlmetrowym formatu A4! 0,04 Charakterystyka U(I) U - apęce a..., I - atężee a... f() = 0,006-0,005 R² = 0,849 0,035 0,03 0,05 0,0 U [kv] 0,05 0,0 0,005 0-0,005-0,0 0 3 4 5 6 SS I [ma]
XII) Wykresy zależośc elowych Charakterystyka Y(X) 450 400 350 300 50 00 X X 50 00 50 Z Y 0 0 5 0 5 0 5 Charakterystyka Z(X) 5 0 5 0 5 0 0 5 0 5 0 5
XII) Podsumowae: Zestawee, Aalza, Syteza Wadomośc z etapu edukacj młodszoszkolej: opowadae ma Wstęp, Rozwęce Zakończee. -3 4 wykres 5 Zakończeem sprawozdaa z ćwczea laboratoryjego jest Podsumowae, które zawera trzy główe częśc (jeżel wyzaczamy pewą welkość): 5. Zestawee (wartośc wyzaczaych welkośc) zapsae stotych welkośc wyzaczoych w opracowau po ch zaokrągleu, 5. Aalza (ocea rezultatów) sprawdzee relacj mędzy welkoścam podaym w zestaweu, 5.3 Syteza (wosk) wycągęce wosków z ocey rezultatów całośc ćwczea.
XIV) Podsumowae: Zestawee ) Wyk epewość stadardowa (trzy rówoważe sposoby zapsu): a.) przyspeszee zemske jest rówe 9,87 ms -, a epewość stadardowa (złożoa) pomaru 0,59 ms -, a.) g=9,87 ms -, u(g)=0,59 ms - a.3) g=9,87(59) ms - lub g = 9,87(0,59) ms - ) Nepewość względa (możlwe są dwa rówoważe sposoby zapsu): b.) epewość względa pomaru 0,060 b.) u r (g)=0,060 3) Wyk epewość poszerzoa (możlwe są trzy rówoważe sposoby zapsu): c.) przyspeszee zemske jest rówe 9,87 ms -, a epewość rozszerzoa pomaru,8 ms -, c.) g=9,87 ms -, U(g)=,8 ms - c.3) g=(9,87,8) ms - 4) Wartość teoretycza dla Warszawy g = 9,85 ms - wyzaczoa przez GUM. Wyk pomarów oblczeń ależy podawać w jedostkach, dla których wartość lczbowa ależy do przedzału od 0,00 do 000, dodając do symbolu jedostk właścwy przedrostek.
XV a) Podsumowae: Aalza ) Wpływ welkośc merzoych bezpośredo lub parametrów staowska a epewość wyku końcowego. u c 3 u u ma 3 m Wpływ a epewość złożoą ma epewość ser pomarów bezpośredch epewość arzędza pomarowego. Wększy wpływ ma ) Wpływ rodzaju popełaych błędów (Grubych, Przypadkowych, Systematyczych) a wartość epewośc względej. u c, r p.. przy aalze (a+b)/c to 0,0069 czyl 0,69 %. Jeżel epewość względa jest mejsza od wartośc 0, czyl % przy wykoau 0 pomarów, epewość względa jest mejsza od wartośc 0,0 czyl 0 % przy wykoau 30 pomarów, to wpływ błędów grubych a wyk końcowy e jest zaczący. W przecwym wypadku wpływ błędów grubych a wyk końcowy jest zaczący. u c
XV b) Podsumowae: Aalza 3) Skupee wokół wartośc średej rodzaj popełoych błędów (G, P, S). Jeżel ma m > U( średa ) to sera pomarowa e jest skupoa wokół średa czyl wpływ błędów (G,P,S) a wyk jest zaczący. W przecwym raze wpływ błędów grubych systematyczych e byłby zaczący. 4) Skupee wokół wartośc teoretyczej rodzaj popełoych błędów (G, P, S). Jeżel ma teora < U( teora ) to sera pomarowa jest skupoa wokół teora czyl wpływ błędów grubych a wyk e jest zaczący. W przecwym raze wpływ błędów grubych systematyczych byłby zaczący. Z 3) 4) wyka łącze, że a pewo zaszły błędy systematycze. To będze ujęte we Woskach (5.3).
XV c) Podsumowae: Aalza 5) Wpływ rodzaju popełoych błędów (G, P, S) a wyk przedstawoe a wykresach. 0,04 0,035 Charakterystyka U(I) U - apęce a..., I - atężee a... G f() = 0,006-0,005 R² = 0,849 0,03 Wdocze są błędy - przypadkowe (małe), - systematycze, U [kv] 0,05 0,0 0,05 Ne są wdocze błędy grube. 0,0 0,005 0-0,005 0 3 4 5 6-0,0 I [ma]
XVI a) Podsumowae: Syteza ) Wpływ popełoych błędów (G, P, S) a wyk Uwzględając wyk aalzy ależy przyjąć, że (p.) e popełoo błędów grubych, przypadkowe e są zaczące, a epewośc wyków zależą główe od błędów systematyczych. ) Uwag a temat możlwośc dokładejszego wykoaa opracowaa ćwczea w przyszłośc (edoskoałośc wykają z dzałań eksperymetatora, stosowaych przyrządów pomarowych, metod pomarowych, merzoych obektów, ): Celem podesea dokładośc pomarów moża zmejszyć epewość pomaru welkośc y p. poprzez... u c f, y,... f, y,... u u y... y
XVI b) Podsumowae: Syteza 3) Wykazae czy cel ćwczea (został / e został) osągęty: Cele ćwczea: zostały osągęte gdyż uzyskao wyk obarczoe akceptowalą epewoścą wskazao przyczyy ch powstaa. zostały osągęte gdyż uzyskao wyk obarczoe dużą epewoścą ale wskazao przyczyy ch powstaa. e zostały osągęte gdyż to proszę zrobć ćwczee jeszcze raz!
Zestawee stotych pojęć fzyka, pomar, wzorzec jedostk, układ SI, rachuek jedostek, metoda opracowaa wyków pomarów A B, rozkład jedostajy, rozkład dwumey, rozkład Gaussa, rozkład ormaly, wartość średa, odchylee stadardowe ser pomarów, błąd, błąd gruby, błąd systematyczy, błąd przypadkowy, epewość, epewość stadardowa, epewość rozszerzoa, epewość względa, metoda aproksymacj lowej ajmejszych kwadratów Gaussa, wykreślee charakterystyk lowych elowych, podsumowae opracowaa ćwczea, zestawee wyków, aalza wyków, syteza wyków, zaokrąglae wyków, skupee ser pomarowej wokół wartośc średej, skupee ser pomarowej wokół wartośc teoretyczej, rozrzut ser pomarowej, Dzękuję za uwagę!