Fyzika 1 pro KyR

Přednášející:

Michal Bednařík (gar.), Jaroslav Plocek, Zdeněk Staněk

Cvičící:

Michal Bednařík (gar.), Jaroslav Plocek, Zdeněk Staněk

Předmět zajišťuje:

katedra fyziky

Anotace:

V rámci základního předmětu Fyzika I jsou studenti uvedeni do dvou hlavních partií fyziky. Prví partie se týká klasické mechaniky. V rámci klasické mechaniky, která je pomyslnou vstupní bránou do studia fyziky vůbec, se studenti seznámí s kinematikou hmotného bodu, dynamikou hmotného bodu, soustavy hmotných bodů či tuhého tělesa. Studenti by si měli osvojit takové znalosti z klasické mechaniky, aby byli schopni řešit základní úlohy spojené s popisem mechanických soustav, se kterými se setkají v průběhu dalšího studia. Navíc na těchto znalostech staví navazující předmět Fyzika II. Na klasickou mechaniku v rámci tohoto kurzu navazuje úvod do relativistické mechaniky. Druhá partie je věnována elektrickému a magnetickému poli. Studenti jsou během výuky této partie postupně seznámeni se základními zákonitostmi jak časově proměnných, tak časově neproměnných elektrických a magnetických polí. Nabyté znalosti studenti využijí v dalších oblastech studia, zejména v elektrických obvodech, teorii materiálů či dynamických systémů. Na těchto znalostech opět staví navazující předmět Fyzika II.

Požadavky:

Znalost středoškolské matematiky a fyziky, zvládnutí diferenciálního a integrálního počtu funkcí jedné proměnné a lineární algebry. Podmínky k zápočtu a zkoušce viz http://herodes/bednarik/podminky.pdf

Osnova přednášek:

1.Fyzikální jednotky, základní druhy fyzikálních polí. Souřadnicové systémy.

2.Kinematika hmotného bodu (přímočarý pohyb, pohyb po kružnici a obecný křivočarý pohyb).

3.Newtonovy pohybové zákony, inerciální a neinerciální vztažné soustavy, pohybové rovnice v inerciálních i neinerciálních soustavách.

4.Práce, výkon, konzervativní silová pole, kinetická a potenciální energie. Zákon zachování mechanické energie.

5.Základy analytické mechaniky - zákony zachování, vazby a zobecněné souřadnice a hybnosti, Lagrangeovy rovnice druhého druhu pro konzervativní systémy, Hamiltonián a Hamiltonovy kanonické rovnice.

6.Centrální silové pole, pohyb v centrálním silovém poli, Keplerovy zákony. Newtonův gravitační zákon, gravitační pole soustavy hmotných bodů a těles se spojitě rozloženou hmotou. Intenzita a potenciál gravitačního pole. Energie gravitačního pole.

7.Mechanické kmitavé soustavy. Netlumený a tlumený mechanický lineární oscilátor. Vynucené kmity. Rezonance výchylky a rychlosti. Skládání kmitů.

8.Soustava hmotných bodů, izolovaná a neizolovaná soustava hmotných bodů, I. a II. věta impulzová, zákon zachování hybnosti, momentu hybnosti a mechanické energie pro soustavu hmotných bodů. Hmotný střed a těžišťová soustava. Tuhé těleso, obecný pohyb tuhého tělesa, pohybové rovnice tuhého tělesa, otáčení tělesa kolem pevné osy a pevného bodu.

9.Teorie deformace, mechanické napětí, Hookův zákon.

10.Úvod do mechaniky tekutin - Eulerova pohybová rovnice, barometrická formule, Bernoulliova rovnice, Pascalův a Archimédův zákon.

11.Základní postuláty speciální teorie relativity, Lorentzova transformace, relativistická kinematika a dynamika.

12.Vlastnosti elektrického náboje, Coulombův zákon, intenzita a potenciál elektrického pole soustavy bodových nábojů či spojitě rozloženého elektrického náboje. Gaussova věta, Maxwellovy rovnice pro elektrostatické pole ve vakuu. Potenciál a intenzita pole elektrického dipólu, vektor elektrické polarizace a elektrické indukce, dielektrika v elektrickém poli, Maxwellovy rovnice elektrostatiky pro materiálové prostředí. Vodič v elektrickém poli, Faradayova klec. Kapacita, kondenzátor. Energie elektrostatického pole.

13.Stacionární elektrický proud, proudová hustota, rovnice kontinuity elektrického náboje, elektromotorické napětí, Kirchhoffovy zákony, Ohmův zákon, Jouleův zákon. Magnetostatické pole, Lorentzova síla, Ampérův zákon, Biotův-Savartův zákon. Magnetický moment, vektor magnetické polarizace, intenzita magnetického pole. Silové účinky magnetického pole, vlastnosti látek v magnetickém poli. Energie magnetostatického pole.

14.Elektromagnetická indukce, energie elektromagnetického pole. Maxwellův proud. Soubor Maxwellových rovnic. Vlnová rovnice elektromagnetického pole, šíření elektromagnetických vln.

Osnova cvičení:

1. Úvodní výklad (bezpečnost práce, seznámení s úlohami a laboratorním řádem). Nejistoty měření.

2. Nejistoty měření (pokračování). Měření objemu tuhých těles přímou metodou.

3. II. Newtonův pohybový zákon a srážky.

4. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole.

5. Stanovení modulu pružnosti v tahu přímou metodou.

6. Studium nucených kmitů - Pohlovo torzní kyvadlo.

7. Test z Fyziky I.

8. Pohyb elektronu ve zkříženém elektrickém a magnetickém poli a stanovení měrného náboje elektronu.

9. Měření viskozity kapalin Stokesovou metodou.

10. Měření magnetických polí.

11. Určení modulu torze dynamickou metodou a stanovení momentu setrvačnosti.

12. Test z Fyziky I.

13. Vyhodnocení elaborátů a zápočet.

Podmínky udělení zápočtu na http://fyzika.feld.cvut.cz/~bednarik/index.html

Cíle studia:

Studijní materiály:

1. Bednařík, M.: Fyzika 1, skriptum ČVUT, 2011.

2. Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.: Fyzika, VUTIUM-PROMETHEUS, 2000.

3. Kvasnica, J., Havránek, A., Lukáč, P., Sprášil, B.: Mechanika, ACADEMIA, 2004.

4. Sedlák, B., Štoll, I.: Elektřina a magnetismus, ACADEMIA, 2002.

5. Fyzika I a II - fyzikální praktikum, M. Bednařík, P. Koníček, O. Jiříček.

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 28p+6l

Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2011/2012:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost T2:A3-413b 07:30–09:00 (přednášková par. 1 paralelka 101) Dejvice Laboratoř K302místnost T2:A3-413b 09:15–10:45 (přednášková par. 1 paralelka 102) Dejvice Laboratoř K302místnost T2:A3-413b 11:00–12:30 (přednášková par. 1 paralelka 103) Dejvice Laboratoř K302
Út
St
Čt	místnost T2:D3-209 Bednařík M. 11:00–12:30 (přednášková par. 1) Dejvice Posluchárna
Pá

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Kybernetika a robotika - Robotika_163230 (povinný předmět programu)
• Kybernetika a robotika - Senzory a přístrojová technika_163253 (povinný předmět programu)
• Kybernetika a robotika - Systémy a řízení_163315 (povinný předmět programu)
• Kybernetika a robotika, před rozřazením do oborů (povinný předmět programu)