Nazwa modułu: EAR-1-107-s Fizyka 1 Rok akademicki: 2015/2016 Kod: EAR-1-107-s Punkty ECTS: 6 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: Automatyka i Robotyka Specjalność: Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 1 Strona www: http://home.agh.edu.pl/~wmwoch Osoba odpowiedzialna: dr hab. Woch Wiesław Marek (wmwoch@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: mgr inż. Zalecki Ryszard (zalecki@agh.edu.pl) dr hab. Woch Wiesław Marek (wmwoch@agh.edu.pl) Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń) Wiedza M_W001 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem. Egzamin M_W002 Dysponuje aktualną wiedzą na temat zjawisk fizycznych i fundamentalnych oddziaływań w przyrodzie. Kolokwium M_W003 Ma wiedzę w zakresie mechaniki klasycznej punktu materialnego i bryły sztywnej, grawitacji, elektrostatyki, prądu stałego, pola magnetycznego, ruchu drgającego i fal oraz podstaw termodynamiki i hydrodynamiki, niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych w przyrodzie i technice, a w szczególności w automatyce, elektronice, elektrotechnice i mechanice. Kolokwium Umiejętności M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termo- i hydrodynamiki. laboratoryjnych 1 / 7
M_U002 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce., AR1A_W01 M_U003 Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie. M_U004 Samodzielnie rozwiązuje zadania w obszarze mechaniki klasycznej oraz umie zastosować odpowiednie prawa fizyczne do rozwiązywania zagadnień z drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termo- i hydrodynamiki., AR1A_W01 Kompetencje społeczne M_K001 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się; dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności posługiwania się narzędziami matematycznymi w opisie zjawisk fizycznych., AR1A_W01 Aktywność na zajęciach M_K002 Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera, w tym jej wpływ na środowisko i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje. Aktywność na zajęciach M_K003 Student jest przygotowany, w oparciu o znajomość zasad fizycznych, do podjęcia działań zmierzających do rozwoju nauk technicznych, m.in. automatyki, elektroniki, elektrotechniki i mechaniki. Aktywność na zajęciach Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenia projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem. Dysponuje aktualną wiedzą na temat zjawisk fizycznych i fundamentalnych oddziaływań w przyrodzie. + - - - - - - - - - - + - - - - - - - - - - 2 / 7
M_W003 Umiejętności M_U001 M_U002 M_U003 M_U004 Ma wiedzę w zakresie mechaniki klasycznej punktu materialnego i bryły sztywnej, grawitacji, elektrostatyki, prądu stałego, pola magnetycznego, ruchu drgającego i fal oraz podstaw termodynamiki i hydrodynamiki, niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych w przyrodzie i technice, a w szczególności w automatyce, elektronice, elektrotechnice i mechanice. Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termo- i hydrodynamiki. Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie. Samodzielnie rozwiązuje zadania w obszarze mechaniki klasycznej oraz umie zastosować odpowiednie prawa fizyczne do rozwiązywania zagadnień z drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termo- i hydrodynamiki. + - - - - - - - - - - + + - - - - - - - - - + + - - - - - - - + - - + - - - - - - - + - - + - - - - - - - + - Kompetencje społeczne M_K001 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się; dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności posługiwania się narzędziami matematycznymi w opisie zjawisk fizycznych. + + - - - - - - - + - 3 / 7
M_K002 M_K003 Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera, w tym jej wpływ na środowisko i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje. Student jest przygotowany, w oparciu o znajomość zasad fizycznych, do podjęcia działań zmierzających do rozwoju nauk technicznych, m.in. automatyki, elektroniki, elektrotechniki i mechaniki. + + - - - - - - - - - - + - - - - - - - + - Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład WYKŁADY: 1.Jednostki podstawowe w układach: CGS, MKS, MKSA, SI. 2.Przedrostki powiększające i pomniejszające w zakresie od 10-15 do 1015. 3.Wzorce wielkości (jednostek) podstawowych. 4.Eksperymentalne przybliżenie wielkości prawdziwych (postulat Gaussa, wyprowadzenie wzoru). 5.Prędkość i przyspieszenie dla ruchu nieprostoliniowego w biegunowym układzie współrzędnych. Przyspieszenie Coriolisa. 6.Zasady dynamiki Newtona. Zasada zachowania pędu. Siły pozorne. 7.Siły tarcia; prawa tarcia Coulomba i Morena. 8.Praca. Twierdzenie o pracy i energii (dowód), moc. 9.Moment bezwładności definicje. 10.Twierdzenie Steinera. Definicja środka masy. 11.Moment siły, moment pędu, druga zasada dynamiki Newtona dla ruchu obrotowego, zasada zachowania momentu pędu. 12.Tensor momentu bezwładności wyprowadzenie. 13.Delta Kroneckera, konwencja sumowania (Einsteina), definicja momentu bezwładności z wykorzystaniem konwencji sumowania. 14.Energia kinetyczna w ruchu obrotowym wyprowadzenie wzoru. 15.Osie główne, równania Eulera. 16.Precesja, rezonans w układzie wirującego momentu magnetycznego. Krzywa absorpcji krzywa Gaussa i Lorentza. 17.Prawo Hooke a. Definicja siły harmonicznej. 18.Równanie ruchu oscylatora harmonicznego prostego, rozwiązania. Częstotliwość drgań oscylatora harmonicznego. 19.Energia oscylatora harmonicznego prostego wyprowadzenie wzoru. 20.Wahadło proste (matematyczne), wahadło fizyczne; okres drgań wyprowadzenie wzorów. 21.Równanie oscylatora harmonicznego prostego z siłą tłumiącą, rozwiązanie równania, okres drgań wyprowadzenia. Liczba Eulera. Wzór Eulera; podstawienie: j=p. 22.Oscylator harmoniczny tłumiony ruch aperiodyczny, tłumienie krytyczne. 23.Oscylator harmoniczny tłumiony z siłą wymuszającą. Amplituda drgań, przesunięcie fazowe wyprowadzenia. Rezonans. Amplituda drgań w funkcji tłumienia wykres. 4 / 7
Dobroć układu rezonansowego. 24.Oscylator anharmoniczny. 25.Siły centralne, grawitacja. Siła grawitacji Newtona. Energia potencjalna. 26.Wyznaczanie stałej G, doświadczenie Cavedisha. 27.Praca w polu sił zachowawczych. 28.Zależność siły od energii potencjalnej; operator gradientu w układach współrzędnych: kartezjańskim, cylindrycznym i sferycznym. 29.Natężenie i potencjał pola grawitacyjnego. 30.Siła działająca pomiędzy masą punktową a kulistą powłoką i kulą wyprowadzenia. 31.Siła grawitacyjna układu dwóch ciał masa zredukowana. 32.Prawa Keplera wyprowadzenia. 33.Twierdzenia o wiriale wyprowadzenie. 34.Pomiary prędkości światła; doświadczenia Bradley a, Fizeau, Foucaulta i Michelsona. 35.Doświadczenie Michelsona Morleya; wyprowadzenie wzorów. 36.Transformacja Lorentza wyprowadzenie. 37.Kontrakcja Fizgeralda Lotentza, dylatacja czasu: wyprowadzenia wzorów. 38.Transformacja prędkości wyprowadzenia wzorów. 39.Energia relatywistyczna wyprowadzenia wzoru; przypadek małej prędkości. 40.Transformacja energii i pędu: wyprowadzenia wzorów. 41.Energia wiązania, najważniejszy wykres Wszechświata. 42.Dynamika relatywistyczna praca i energia; wyprowadzenie wzorów. 43.Fale klasyfikacja fal. Parametry równania fali. Równanie fali poruszającej się w prawo i w lewo. 44.Wyprowadzenie równania falowego dla drgającej struny dla małych drgań. 45.Równanie falowe; operator Laplace a i d Alembert a. 46.Analiza fourierowska równania falowego. Szereg trygonometryczny. 47.Interferencja fal, doświadczenie Younga. 48.Strumień energii, natężenie fali. 49.Obraz interferencyjny dla dwóch szczelin. 50.Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie. 51.Dyfrakcja na dwóch szczelinach złożenie dyfrakcji i interferencji. 52.Siatka dyfrakcyjna, kryterium Rayleigha. Zasada Huygensa. 53.Fale stojące wyprowadzenie wzoru. 54.Polaryzacja; prawo Malusa. Przykłady polaryzacji. 55.Dudnienia fal, wzory, wykresy. 56.Zjawisko Dopplera wyprowadzenie wzorów. 57.Liczba Macha. 58.Prawo Pascala, Archimedesa. Równanie ciągłości strugi. Prawo Bernoulliego, wyprowadzenie, przykłady (siła nośna skrzydła samolotu). 59.Lepkość cieczy, wzór Poiseuille a, i Stokes a. 60.Przepływ laminarny i turbulentny, liczba Reynoldsa. Ćwiczenia audytoryjne ĆWICZENIA AUDYTORYJNE: Ćwiczenia audytoryjne mają na celu utrwalenie wiadomości zdobytych na wykładzie i wykształcenie umiejętności posługiwania się podstawowymi prawami fizyki. W ramach tych zajęć studenci rozwiązują zadania rachunkowe związane z tematyką wykładów i omawiają z prowadzącym zajęcia problemy poruszane na wykładzie. Studenci otrzymują zadania do samodzielnego wykonania, tzw. zadania domowe. Poziom wiedzy jest monitorowany poprzez sprawdziany w trakcie ćwiczeń i na tej podstawie odbywa się zaliczenie zajęć. Studenci mają możliwość korzystania z konsultacji 5 / 7
prowadzonych przez wykładowcę i prowadzących ćwiczenia, które pozwalają przedyskutować najważniejsze problemy związane ze zrozumieniem materiału wykładu i ćwiczeń. 1.Praktyczna umiejętność posługiwania się rachunkiem wektorowym z fizyce (2 godz.) Geometryczne metody dodawania i odejmowania wektorów, rozkład wektora na składowe; wektor w kartezjańskim układzie współrzędnych, działania na wektorach. Zastosowanie iloczynu skalarnego i wektorowego w fizyce na przykładach: pracy, energii, momentu siły, momentu pędu, siły Lorentza. 2.Kinematyka punktu materialnego (4 godz.) Praktyczna umiejętność obliczania prędkości chwilowej i przyspieszenia chwilowego korzystając z pojęcia pochodnej. Analiza jednostajnego i niejednostajnego ruchu krzywoliniowego (rzuty) z zastosowaniem rachunku wektorowego i różniczkowego i całkowego. 3.Dynamika w układach inercjalnych i nieinercjalnych (5 godz.) Zasady dynamiki, siły pozorne, ruch po okręgu. Zasady zachowania energii i pędu, układy o zmiennej masie, zderzenia sprężyste i niesprężyste. 4.Grawitacja (3 godz.) Omówienie przypadków pól zachowawczych, pole o symetrii sferycznej. Natężenie pola grawitacyjnego, praca w polu grawitacyjnym. Zastosowanie prawa Gaussa. 5.Elektrostatyka (4 godz.) Zastosowanie prawa Gaussa w elektrostatyce, Praktyczna umiejętność obliczania gradientu funkcji skalarnej. Związek energii potencjalnej i potencjału z siłą i natężeniem pola. Kondensatory. 6.Kinematyka i dynamika bryły sztywnej (5 godz.) Środek masy. Omówienie i interpretacja składowych tensora momentu bezwładności. Obliczanie tensora momentu bezwładności dla dyskretnych i ciągłych rozkładów masy. Zastosowanie zasady zachowania energii mechanicznej i zasad dynamiki do ruchu obrotowego bryły sztywnej i toczenia bez poślizgu. 7.Oscylator harmoniczny i ruch falowy (5 godz.) Rozwiązanie równania prostego oscylatora harmonicznego, analiza zależności wielkości opisujących oscylator harmoniczny od czasu i położenia. Rozwiązywanie zadań, w których występują wahadła: torsyjne, matematyczne i fizyczne. Zależność amplitudy oscylatora tłumionego od czasu. Logarytmiczny dekrement tłumienia. Analiza częstości, amplitudy i fazy dla oscylatora z wymuszeniem. Omówienie warunków rezonansu, krzywe rezonansowe. Analogia pomiędzy oscylatorem mechanicznym a obwodem RLC. Układy RC i LC. Równanie fali płaskiej w przestrzeni i równanie falowe, fala stojąca. 8.Podstawy hydrodynamiki i termodynamiki (2 godz.) Równanie ciągłości i równanie Bernoulliego. równanie stanu gazu, przemiany gazowe, zasady termodynamiki. Przemiany gazowe. Inne - Sposób obliczania oceny końcowej Ocena końcowa obliczana jest zgodnie z regulaminem studiów, jako średnia ważona ocen: zaliczenia ćwiczeń audytoryjnych i egzaminu. Wymagania wstępne i dodatkowe Wymagana jest znajomość podstaw fizyki i matematyki w zakresie programu gimnazjum i liceum. Dodatkowo konieczne jest posiadanie umiejętności posługiwania się rachunkiem różniczkowym w 6 / 7
stopniu elementarnym. Zalecana literatura i pomoce naukowe 1. J. Wolny, Podstawy fizyki, AGH Kraków, 20007 2. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki, t.1-5, PWN Warszawa, 2003 3. C. Kittel, W.D. Knight, M.A. Ruderman, Mechanika, PWN Warszawa 1975 4. Treść wykładu i dodatkowe materiały w tym przykładowe zadania egzaminacyjne umieszczane na stronie internetowej przedmiotu Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Nie podano dodatkowych publikacji Informacje dodatkowe Brak Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Udział w ćwiczeniach audytoryjnych Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 28 godz 65 godz 28 godz 30 godz 10 godz 161 godz 6 ECTS 7 / 7