Wymagania wstęp teoretyczny Biofizyka Mechanika M1. M2. Definicja gęstości, jednostka w układzie SI, jednostki pochodne. Od czego zależy gęstość. Gęstość w zależności od stanu skupienia. Metody wyznaczania gęstości. Anomalna zależność temperaturowa gęstości dla wody i żelaza. Wartość tablicowa gęstości dla badanych substancji. Budowa piknometru. Różnica pomiędzy zwykłym piknometrem a piknometrem próżniowym. Naczynia włosowate, kapilary. Rola kapilary w piknometrze. Zasady pomiaru gęstości przy pomocy piknometru. Różnica między masą, ciężarem a siłą grawitacji. Wyprowadzenie wzoru M3. Definicja przyspieszenia ziemskiego. Jednostka w układzie SI, jednostki pochodne. Wartość tablicowa. Przyspieszenie grawitacyjne. Od czego zależy wartość przyspieszenia grawitacyjnego. Prawo powszechnego ciążenia (wraz ze wzorem). Pole grawitacyjne. Pola jednorodne i niejednorodne. Budowa wahadła matematycznego (wraz z rysunkiem). Różnica pomiędzy wahadłem matematycznym a wahadłem różnicowym. Izochronizm wahadła. Co oznacza przybliżenie małych kątów? Jakie siły działają na kulkę w wahadle matematycznym. Wyprowadzenie wzoru Jak i dlaczego przyspieszenie ziemskie zmienia się w zależności od położenia na kuli ziemskiej? Wykonać odpowiedni rysunek z zaznaczeniem działających sił. Jaki kształt ma planeta Ziemia? Narysować, nazwać i zapisać wzorami siły działające na ciało znajdujące się poza biegunami i poza równikiem ziemskim. M7. M8. M10. Definicja momentu bezwładności. Jednostka w układzie SI. Ruch obrotowy i toczony. Prawa rządzące ruchem obrotowym. Bryła sztywna. Zasady dynamiki bryły sztywnej. Wielkości opisujące ruch obrotowy (wraz z jednostkami): prędkość i przyspieszenie kątowe, moment siły. Energia kinetyczna w ruchu obrotowym. Co jest odpowiednikiem masy, drogi, prędkości, przyspieszenia, siły, przesunięcia, pędu, drogi w ruchu obrotowym? Twierdzenie Steinera (wraz z rysunkiem i wzorem). Środek masy / ciężkości. Wzór na moment bezwładności dysku, pierścienia dla osi obrotu przechodzącej przez środek masy. Budowa oraz zasada działania wahadła Maxwella (wraz z rysunkiem). Przemiana energii w wahadle Maxwella. Zasada zachowania energii ruchu obrotowego. Zasada zachowania energii w tym doświadczeniu. Wyprowadzenie wzoru M14. M15. Definicja modułu Younga, jednostka w układzie SI. Rodzaje odkształceń: sprężyste, plastyczne, objętościowe, postaciowe, inne. Siła normalna i styczna. Naprężenie normalne i styczne. Opór sprężysty na podstawie rozważań mikroskopijnych. Prawo Hooke a. Granica stosowalności prawa Hooke a. Moduł sprężystości, wydłużenia, skręcenia, sztywności, współczynnik Poissona. Strzałka ugięcia. Granica proporcjonalności, sprężystości, wytrzymałości. Gdzie mamy do czynienia ze strzałkami ugięcia w praktyce? M16. M17. Definicja współczynnika lepkości, jednostka w układzie SI. Od czego zależy wartość współczynnika lepkości? Przepływ laminarny, turbulentny. Liczba Reynoldsa, związek ze współczynnikiem lepkości. Siła tarcia wewnętrznego. Równanie Bernoulliego. Budowa wiskozymetru Stokesa/Höpplera. Siły działające na kulkę w wiskozymetrze (wraz ze wzorami). Narysować diagram sił działających na kulkę. Jakim ruchem porusza się kulka w
wiskozymetrze? Wartość współczynnika lepkości dla wody destylowanej / gliceryny. Wyprowadzić wzór roboczy. Akustyka A1. A2. Definicja fali. Klasyfikacja fal. Wielkości opisujące falę. Równanie falowe. Równanie fali biegnącej. Fala stojąca, strzałka, węzeł. Zjawiska falowe. Wartość prędkości dźwięku w powietrzu ile wynosi i od czego zależy. Zależność temperaturowa prędkości rozchodzenia się dźwięku w powietrzu równanie. Jaką falą jest dźwięk? Fale akustyczne. Tony. Szmery. Natężenie dźwięku definicja i jednostka. Wysokość dźwięku. Barwa dźwięku. Echo, pogłos. Obszar słyszalności. Próg słyszalności. Próg bólu. Rezonans. Budowa interferometru Quinckego/ rury Quinckego. Efekt Dopplera. Wyprowadzenie wzoru Ciepło C1. C2. Napięcie powierzchniowe. Współczynnik napięcia powierzchniowego definicja, wzór i jednostka. Od jakich parametrów zależy wartość współczynnika napięcia powierzchniowego? Zależność temperaturowa współczynnika napięcia powierzchniowego dla wody/toluenu wykres. Menisk wklęsły i wypukły + rysunek z zaznaczeniem działających sił kohezji/spójności i adhezji/przylegania (rysunek wykonany za pomocą ołówka i linijki). Jakie ciecze tworzą takie meniski? Naczynia włosowate kapilary co to jest i jaki ma to związek z napięciem powierzchniowym. Od czego zależy wysokość słupa cieczy w kapilarze? Znaczenie napięcia powierzchniowego w przyrodzie (dlaczego rośliny rosną wiosną, owady pływają po powierzchni wody, ) Znaczenie napięcia powierzchniowego w przemyśle (jak powstają bańki mydlane, jak działają impregnaty, dlaczego budynki nasiąkają wodą, ). Cele i sposoby zmniejszania napięcia powierzchniowego (wpływ związków powierzchniowo czynnych na współczynnik napięcia powierzchniowego, detergenty, ) + aspekt ekologiczny Wyprowadzenie wzoru C3. C4. Definicja, wzór i jednostka ciepła właściwego. Wartość ciepła właściwego dla wody destylowanej. Definicja, wzór i jednostka ciepła przemiany fazowej. Wartość tablicowa ciepła topnienia dla lodu. Przemiana fazowa. Ciepło utajone. Bilans cieplny. Zerowa, pierwsza, druga zasada termodynamiki. Ciepło. Ciepło potrzebne do zmiany temperatury. Temperatura. Skale temperatur. Skala bezwzględna. Sposoby wymiany ciepła z otoczeniem. Układ izolowany. Budowa kalorymetru. Co pełni rolę izolatora w kalorymetrze? Rola mieszania w trakcie doświadczenia. Od czego zależy ciepło przemiany fazowej? Ciepło Joule'a Lenza. Zasada zachowania energii w trakcie doświadczenia jak wygląda bilans cieplny w tym przypadku? Co nie jest uwzględnione w równaniu bilansu cieplnego? Wymienić znane stany skupienia materii (nie mniej niż 6, UWAGA! W najobszerniejszej dotąd opublikowanej klasyfikacji występuje 500 stanów skupienia.). Wymienić i opisać co najmniej 12 przemian fazowych. Wyprowadzenie wzoru C5. Rozpuszczanie. Roztwór nasycony i nienasycony. Stężenie roztworu: molowe, procentowe, wagowe. Definicja, wzór i jednostka molowego ciepła rozpuszczania. Wartość molowego ciepła rozpuszczania dla badanej substancji. Bilans cieplny. Zerowa, pierwsza, druga zasada termodynamiki. Ciepło. Ciepło potrzebne do zmiany temperatury. Temperatura. Skale
temperatur. Skala bezwzględna. Sposoby wymiany ciepła z otoczeniem. Układ izolowany. Budowa kalorymetru. Co pełni rolę izolatora w kalorymetrze? Rola mieszania w trakcie doświadczenia. Zasada zachowania energii w trakcie doświadczenia jak wygląda bilans cieplny w tym przypadku? Wyprowadzenie wzoru C6. Model gazów doskonałych. Równanie Clapeyrona. Równanie stanu gazu doskonałego. Równanie van der Vaalsa czym różni się ten model od modelu Clapeyrona? Gazy rzeczywiste. Przemiany gazowe (izotermiczna, izochoryczna, izobaryczna, adiabatyczna, politropowa) wraz z rysunkami, wykresami i prawami nimi rządzącymi. Współczynnik adiabaty od czego zależy jego wartość + wzór (równanie Mayera). Ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu i ciepło właściwe przy stałej objętości przyczyna różnicy. Wartość współczynnika adiabaty dla powietrza + uzasadnienie. Jaki jest związek pomiędzy współczynnikiem adiabaty a budową cząsteczek gazu (cząsteczki jednoatomowe, dwuatomowe, wieloatomowe itd. ). Powietrze skład chemiczny. Metoda Clementa Desormesa na czym polega + odpowiednie rysunki, wykresy. 0, I, II zasada termodynamiki. Temperatura. Skale temperatur. Ciepło właściwe/molowe przy stałej objętości/ciśnieniu (definicja, jednostka, wzór). Wyprowadzenie wzoru C7. Para nasycona. Ciśnienie. Gaz doskonały. Gaz rzeczywisty. Prawa gazu doskonałego. Równanie Clapeyrona. Temperatura. Skale temperatur. Skala bezwzględna. Definicja wilgotności powietrza (względnej i bezwzględnej), jednostka w układzie SI. Wilgotność nasycająca i jej zależność od temperatury. Przesycenie pary wodnej. Kondensacja pary wodnej. Rosa. Parowanie. Ciepło parowania. Wartość ciepła parowania dla wody (wraz z jednostką w układzie SI). Budowa psychrometru. Dlaczego zwilżony termometr pokazuje niższą temperaturę niż termometr suchy? Równowaga statyczna i dynamiczna. Wyprowadzenie wzoru Elektryczność Wymagania wspólne do działu E (elektryczność) Definicja (słownie, wzór + jednostka): natężenie, napięcie, pojemność. Ładunek elementarny. Siła elektrostatyczna. Kierunek przepływu prądu, rzeczywisty kierunek ruchu ładunków elektrycznych. I i II Prawo Ohma. Oporność właściwa. Zależność temperaturowa oporności właściwej dla metali i półprzewodników. I i II prawo Kirchhoffa. Opór wewnętrzny mierników elektrycznych oraz źródeł prądu. Prąd stały i prąd zmienny. Oznaczenia stosowane w schematach układów elektrycznych. Opornik suwakowy, potencjometr. Połączenia równoległe i szeregowe oporników i kondensatorów. Opór zastępczy. Pojemność zastępcza. E1. Co to jest mostek Wheatstone a? Schemat mostka Wheatstone a wraz z legendą. Warunek równowagi dla mostka Wheatstone a z wyjaśnieniem. Galwanometr. Schemat ideowy liniowego mostka Wheatstone a. Skrzynka oporowa. Wyprowadzenie wzoru E2. Opis metody technicznej pomiaru oporu. Schemat podłączenia mierników elektrycznych w układzie dla dokładnego pomiaru prądu (natężenia) oraz dla dokładnego pomiaru napięcia narysować oba układy i wyjaśnić, na czym polegają różnice. W jakim przypadku metoda z dokładnym pomiarem prądu jest dokładniejsza? W jakim przypadku metoda z dokładnym
pomiarem napięcia jest dokładniejsza? Jak opór przewodnika zależy od wymiarów geometrycznych i temperatury (słownie + wzory). Wyprowadzenie wzoru E3a. Wyprowadzić wzór roboczy. Kondensator: budowa, zastosowanie, rodzaje kondensatorów. Rola dielektryka w kondensatorze. Łączenie kondensatorów wyprowadzenie wzorów. Pojemność kondensatora: definicja, wzór, jednostka w układzie SI. Krzywe ładowania i rozładowywania kondensatorów w czasie wpływ pojemności na przebieg krzywych. Układ RC opis wraz z rysunkiem. II prawo Kirchhoffa dla układu RC. Sens fizyczny stałej czasowej RC E4. Wyprowadzić wzór roboczy. Zdefiniować pojęcie: opór, oporność właściwa, pojemność, indukcyjność + jednostka SI. Zależność oporu właściwego od rozmiarów geometrycznych i temperatury (słownie + wzory) dla przewodników i nadprzewodników. Prawo Ohma. Obwody prądu zmiennego: prąd zmienny wartość skuteczna napięcia i natężenia. Wyprowadzić wzór roboczy. E6. Definicja równoważnika elektrochemicznego wraz z jednostką w układzie SI. Wartość równoważnika chemicznego dla miedzi. Definicja stałej Faradaya wraz z jednostką w układzie SI. Wartość stałej Faradaya. I i II prawo Faradaya. Dysocjacja. Elektroliza. Rodzaje wiązań chemicznych. Cząsteczki polarne. Elektrolit. Rodzaje elektrolitów. Autodysocjacja wody. Utlenianie i redukcja. Jaka jest różnica pomiędzy atomem miedzi a jonem miedzi. Wyprowadzenie wzorów roboczych. Optyka Wymagania wspólne do działu O (optyka) Co to jest światło? Definicja fali. Jaką falą jest światło? Podstawowe prawa rządzące optyką geometryczną. Podstawowe prawa rządzące optyką falową. Dualizm korpuskularno falowy. Zjawiska falowe. Podstawowe wielkości opisujące fale. Rozpraszanie światła. Rozszczepienie światła. Prawo odbicia i załamania światła (treść, rysunki, wzory). Prędkość rozchodzenia się światła (od czego zależy). Współczynnik załamania względny i bezwzględny (definicja + jednostka). Odległość dobrego widzenia. Dyfrakcja. Interferencja. Polaryzacja. O1. Definicja soczewki. Rodzaje soczewek. Soczewki cienkie i grube. Wady soczewek (aberracja sferyczna, chromatyczna, astygmatyzm, beczkowatość, poduszkowatość, koma). Powstawanie obrazu w soczewce skupiającej/rozpraszającej symetrycznej w zależności od odległości przedmiotu od soczewki (rysunki dla wszystkich przypadków): Narysować jak powstaje obraz w soczewce skupiającej jeśli: a) x<f b) x=f c) f<x<2f d) x=2f e) x>2f Narysować jak powstaje obraz w soczewce rozpraszającej jeśli: a) x<f b) x=f c) f<x<2f d) x=2f e) x>2f Główna oś optyczna. Ognisko. Ogniskowa. Środek krzywizny. Promień krzywizny soczewki. Przedmiot, obraz pozorny, obraz rzeczywisty, ekran. Powiększenie (wzór + jednostka). Równanie soczewki. Zdolność skupiająca soczewki (+jednostka). Krótkowzroczność. Dalekowzroczność. Ława optyczna. Wzór szlifierzy soczewek co wynika z tego wzoru (czy
soczewka, która w powietrzu jest skupiająca, po umieszczeniu jej w innym ośrodku także zawsze będzie skupiająca?). Wyprowadzenie wzoru O2. O3. O15. Opisać budowę mikroskopu (narysować schematycznie mikroskop i zaznaczyć poszczególne części). Poniżej rysunku opisać za co odpowiednie części odpowiadają. Tworzenie obrazu w mikroskopie rysunek (żeby nie było wątpliwości chodzi o odręczne wykonanie poniższego rysunku za pomocą ołówka i linijki). Jaki obraz powstaje w mikroskopie? Powiększenie mikroskopu. Zdolność rozdzielcza mikroskopu. Apertura numeryczna obiektywu. Wyprowadzenie wzoru O4. Budowa i zasada działania refraktometru Abbego. Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia. Kąt graniczny. Pryzmat. Kąt łamiący. Rozchodzenie się w pryzmacie światła białego i monochromatycznego. Rola pryzmatów Amiciego. Jakie warunki musi spełniać ciało, aby móc je badać za pomocą refraktometru Abbego? Stężenie roztworu. Rodzaje stężeń. Związek pomiędzy współczynnikiem załamania a stężeniem. Wyprowadzenie wzoru O5. O6. Spektrometr budowa i zasada działania. Siatka dyfrakcyjna. Stała siatki dyfrakcyjnej. Równanie dla siatki dyfrakcyjnej. Doświadczenie Younga. Jak wygląda obraz za siatką dyfrakcyjną i dlaczego powstaje? Co to są prążki dyfrakcyjne? Lampa sodowa. Dublet sodowy. Laser co to jest i jaka jest jego zasada działania. Wyjaśnić pojęcie: dyfrakcja, interferencja światła, załamanie, ugięcie, siatka dyfrakcyjna, koherencja, siatka dyfrakcyjna. Co to jest widmo (spektrum) światła. Opisać rodzaje widm (absorpcyjne, emisyjne, odbiciowe, ciągłe, liniowe, pasmowe, mieszane, ). Cechy światła koherentnego. Wyprowadzenie wzoru O10. Stężenie roztworu. Rodzaje stężeń. Polaryzator. Analizator. Budowa i zasada działania polarymetru. Rodzaje polaryzacji światła. Światło spolaryzowane i niespolaryzowane. Sposoby polaryzacji światła. Kąt Brewstera. Substancje aktywne optycznie. Skręcalność właściwa (i jej wartość dla wody destylowanej) definicja, wzór, jednostka. Płaszczyzna polaryzacji. Wyprowadzenie wzoru O15. Tak jak dla O2.