Politechnika Poznańska Wydział Inżynierii Zarządzania Wprowadzenie do techniki ćwiczenia mgr Katarzyna Szwedzka katarzyna.szwedzka@put.poznan.pl konsultacje pokój 318b: wtorek 13:30 15:00
Zaliczenie przedmiotu średnia ze wszystkich ocen (w tym z popraw) z kolokwium Ramowy program ćwiczeń Podstawowe wielkości fizyczne stosowane w technice Stosowanie tarcia w technice Zasada zachowania energii w technice Sprawność procesów i maszyn Akumulowanie energii w technice Stosowanie cieczy w technice Zaliczenie przedmiotu 2
Literatura podstawowa Zbigniew Tomaszewski, Wprowadzenie do techniki: materiały do ćwiczeń i wykładów, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2002 Literatura uzupełniająca Edwin Tytyk, Marcin Butlewski, Wprowadzenie do techniki, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2008 Dawid Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Podstawy fizyki, PWN, Warszawa 2016 Wolfgang Demotroder, Fizyka doświadczalna: Mechanika i ciepło, Wydawnictwo Naukowe Mikołaja Kopernika, Toruń 2011 Red. Henryk Żebrowski, Techniki wytwarzania: obróbka wiórowa, ścierna, erozyjna, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2004 3
Ufam, że mając powyższe informacje dotyczące organizacji przedmiotu, przy zachowaniu systematycznej pracy w tym zakresie, większość z Państwa będzie miała prostą drogę do rozliczenia przedmiotu. W przeciwnym razie proszę przygotować się na wariant B..:) 4
Wprowadzenie do techniki Isaac Newton (1643 1727) Czas absolutny, prawdziwy, matematyczny, płynie sam przez się i dzięki swej naturze jednostajnie niezależnie od jakiegokolwiek przedmiotu zewnętrznego; zwie się inaczej trwaniem Wszystkie ruchy mogą być przyśpieszone lub zwolnione, tylko strumień czasu absolutnego nie może się zmienić. Trwanie przedmiotów jest to samo, niezależnie od tego czy ruch jest szybki, powolny czy też żaden. Philosopie Naturalis Principia Mathematica (1687)
Wprowadzenie do techniki William Thomason (1824 1907) Często powtarzam, że jeżeli potraficie zmierzyć to, o czym mówicie, oraz wyrazić to w liczbach, wówczas wiecie o czym mówicie; lecz jeżeli nie potraficie tego zmierzyć, jeżeli nie potraficie wyrazić tego w liczbach, to wiedza wasza jest niewystarczająca i jałowa. Dokładne i drobiazgowe pomiary wydają się dla nienaukowego umysłu mniej godną i wzniosłą pracą, aniżeli poszukiwanie czegoś nowego. Jednakowoż, niemal wszystkie odkrycia naukowe były nagrodą za dokładne i cierpliwe pomiary, za długotrwałą analizę liczbowych wyników. Lord Kelvin
Wprowadzenie do techniki Albert Einstein (1879 1955) Można powiedzieć, że Bóg jest najlepszym matematykiem, który do stworzenia wszechświata zastosował bardzo złożoną matematykę. Dlaczego właśnie ja sformułowałem zasadę względności? Ile razy zadaję sobie to pytanie, wydaje mi się, że przyczyna jest następująca: normalny dorosły człowiek w ogóle nie rozmyśla nad problemami czasu i przestrzeni. W jego mniemaniu przemyślał to już w dzieciństwie. Ja jednak rozwijałem się intelektualnie tak powoli, że czas i przestrzeń zajmowały moje myśli nawet wtedy, gdy stałem się już dorosły.
Jednostki fizyczne nauka i technika opiera się na pomiarach i porównaniu wyników tych pomiarów, które nazwiemy zasadami. zasady zgodnie z którymi są wykonywane pomiary, czyli wyznaczenie jednostek w celu projektowania i wykonywania doświadczeń porównawczych, tj., kroki, stopy czy sztaba metrowa, służą powszechnie do pomiaru długości, czas trwania jakiegoś zjawiska oceniamy według wskazówek zegara, silę natomiast, która oddziałuje na jakieś ciało ocenić możemy według odkształcenia jakiejś sprężyny odpowiednio zastosowanej w postaci wagi sprężynowej lub siłomierza. wielkości, nieco trudniejsze do zrozumienia, np., ciśnienie, ciężar właściwy, przyśpieszenie, masa, energia, są wyprowadzone za pomocą modeli fizycznych opisywanych zjawisk w fizyce istnieje pewna liczba podstawowych wielkości fizycznych, a pozostałe wielkości są wielkościami zależnymi, pochodnymi Wzorce : maksymalna dokładność i powszechność, uniwersalność 8
Jednostki fizyczne: wzorce i ich przykłady 1. Prędkość jest stosunkiem długości drogi do czasu, w ciągu którego droga została przebyta prędkość= długość/ czas; 2. Praca jest iloczynem długości drogi i siły działającej wzdłuż drogi praca =siła * długość; 3. Moc jest stosunkiem pracy do czasu, w jakim ta praca została wykonana moc = praca/ czas. 9
Jednostki podstawowe Wielkość fizyczna- wyodrębniona cecha badanego przedmiotu lub zjawiska, podlegająca pomiarowi. Jednostka miary- nazwa miary danej wielkości. Wynik pomiaru- charakteryzująca ilościowo wielkość mierzona. x ={wartość liczbowa}[jednostka miary] Jednostki podstawowe- wielkości fizyczne dla których wybrano podstawowe wzorce na mocy umowy międzynarodowej. Wszystkie inne wielkości fizyczne, są wyrażone przez wzorce podstawowe a ich wzorce, jako pochodne wzorce wielkości podstawowych. Wzorce wielkości podstawowych uznaje się za łatwo dostępne i niezmienne. 10
Międzynarodowy Układ Jednostek Miar SI układ SI Używany powszechnie quasi-spójnym, jest Układ Jednostek miar SI Układ CGS (gram, centymetr, sekunda) - pierwszy układ powstały w 19- tym stuleciu Ogólny Układ Sił SI przyjęto w 1960, a w Polsce w 1966 roku. Jego aktualizacja nastąpiła w 1971, gdzie dokonano wyboru siedmiu podstawowych wielkości fizycznych, tworząc Międzynarodowy Układ Jednostek, nazwany układem SI (francuski: Systeme international d unites SI). 11
Międzynarodowy Układ Jednostek Miar SI - wzorce Metr 1792 Układ metryczny w Republice Francuskiej (jedna dziesięciomilionowa część odległości od bieguna północnego do równika). 1889-1960 odległość między odpowiednimi kreskami wzorca, równą 0,999914 * 10-7 ćwiartki południka ziemskiego ( odległość między dwoma rysami znajdującymi się na metalowym pręcie z irydu i platyny). 1960 1983, metr wyraża długość równa 1 650 763, 73 długości fali wybranej pomarańczowoczerwonej linii wysłanej przez atomy kryptonu - 86, podczas wyładowania w gazie. (Nowy wzorzec jest porównywalny z poprzednikiem). Generalna Konferencja Miar i Wag (1983) definiuje metr jako drogę, jaką pokonuje światło w próżni w czasie 1/299 792 458 s 12
Międzynarodowy Układ Jednostek Miar SI - wzorce Czas Pierwsza interpretacja to ustalenie kolejności zdarzeń, druga odnosząca się do nauki, wyraża czas powtarzalności zjawiska. Zegar kwarcowy wyrażający ciągłe drgania pierścienia z kwarcu, wykalibrowany względem okresu obrotu ziemi w oparciu o obserwacje astronomiczne. Określenie czasu poprzez zegar atomowy stosowany przez Państwowy Instytut Wzorców i Techniki w Boulder w stanie Kolorado. XIII Konferencja Ogólna ds. Miar i Wag w 1967 przyjmuje, że sekunda jest wyraża czas 9 192 631 770 drgań promieniowania (o ustalonej długości fali) wysłanej przez atom cezu-133. Współczesne zegary atomowe są tak zgodne, że różnica jednej sekundy nastąpiłaby po 6000 latach. 13
Międzynarodowy Układ Jednostek Miar SI - wzorce Masa Wzorzec walca o wysokości i średnicy podstawy 39 mm wykonanego ze stopu platyny z irydem przechowywanego od 1889 roku w Międzynarodowym Biurze Miar w Sèvres koło Paryża ( w oparciu o umowę międzynarodową wzorcowi przypisuje się masę ok. 1 kilograma). W przybliżeniu masa 1 litra wody w temperaturze 4 stopni Celsjusza przy ciśnieniu normalnym. 14
Jednostki podstawowe układu SI 15
Jednostki pochodne główne 16
Jednostki pochodne wtórne (wielokrotne i podwielokrotne) - 10n razy większe lub mniejsze od jednostek głównych (podstawowych i pochodnych). - jednostkę układu SI, można zastąpić przez dodanie do oznaczenia jednostki odpowiedniego przedrostka, oznaczającego całkowitą potęgę liczby dziesięć. - zakres od 10-24 do 1024 Przykład: jednostką główną prędkości w układzie SI jest metr na sekundę, jednostką podwielokrotną jest centymetr na sekundę, a jednostką wielokrotną się kilometr na sekundę. 17
Jednostki pochodne wtórne (wielokrotne i powielokrotne) 18
Jednostki pozaukładowe Są to anglosaskie jednostki miary, używane w USA, Wielkiej Brytanii i licznych państwach, które były wcześniej koloniami. Debaty na temat wyboru jednostek (funt), trwają do dziś, a ich utrzymanie stanowi cześć narodowej kultury danego kraju. 19
Układ Imperial: Porównanie jednostek miar z układów Imperial i SI 20
Zadanie: przykład