Fyzika 1
| Kód | Zakončení | Kredity | Rozsah | Jazyk výuky |
|---|---|---|---|---|
| B3B02FY1 | Z,ZK | 6 | 4P+1L+2C | česky |
- Garant předmětu:
- Michal Bednařík
- Přednášející:
- Michal Bednařík, Petr Koníček
- Cvičící:
- Václav Bára, Michal Bednařík, Marek Brothánek, Jakub Cikhardt, Milan Červenka, Vratislav Fabián, Viktor Hruška, Vojtěch Jandák, Daniel Klír, Petr Koníček, Antonín Krpenský, Lukáš Matera, Vojtěch Munzar, Jan Novotný, Jan Píchal, Jaroslav Plocek, Karel Řezáč, Ladislav Sieger, Egor Ukraintsev, Daniel Urbán, Martin Žáček
- Předmět zajišťuje:
- katedra fyziky
- Anotace:
-
V rámci základního předmětu Fyzika 1 jsou studenti uvedeni do dvou hlavních částí fyziky. První část se týká klasické a relativistické 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 a mechanikou kontinua. Studenti si osvojí takové znalosti z klasické mechaniky, aby byli schopni řešit základní úlohy spojené s popisem mechanických soustav, se kterými se setkají v průběhu dalšího studia. Na těchto znalostech staví navazující předmět Fyzika 2. Klasická mechanika je rozšířena o úvod do analytické mechaniky, která studentům umožní řešit komplexnější problémy z mechaniky a usnadní jim pochopení látky v navazujících odborných předmětech. Na klasickou mechaniku v rámci tohoto kurzu následně navazuje úvod do relativistické mechaniky. Druhá část tohoto kurzu je věnována elektrickému a magnetickému poli. Studenti jsou během výuky této části postupně seznámeni se základními zákonitostmi jak časově neproměnných, tak časově proměnných elektrických a magnetických polí. Nabyté znalosti využijí v dalších oblastech studia, zejména co se týče elektrických obvodů a senzorů. Na těchto znalostech rovněž staví navazující předmět Fyzika 2. V rámci početních seminářů studenti procvičují získané znalosti z přednášek formou řešení vybraných problémů z probraných partií fyziky. Ke zvládnutí příslušných početních operací je nutné, aby studenti zvládli matematický aparát v rozsahu předmětu Matematická analýza 1. Výuka je dále doplněna o laboratorní cvičení, kde si studenti mohou experimentálně ověřit řadu fyzikálních zákonitostí, se kterými se seznámili v rámci přednášek. Zvládnutí tohoto obsahem náročného předmětu vyžaduje, aby studenti pracovali během celého semestru (příprava na početní a laboratorní semináře, vypracování protokolů z měření, kontrolní testy, samostudium apod.).
- Požadavky:
-
Studenti by měli zvládat základy diferenciálního a integrálního počtu funkcí jedné proměnné a základy lineární algebry.
- 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.
- Osnova cvičení:
-
Osnovy početních seminářů:
1. Řešení úloh pomocí rozměrových rovnic. Výpočty využívající transformací souřadnic.
2. Řešení úloh spadajících do kinematiky hmotného bodu.
3. Sestavování pohybových rovnic a jejich řešení v inerciální a neinerciální vztažné soustavě.
4. Řešení úloh zaměřených na využití zákona zachování mechanické energie a výpočet dráhového účinku sil.
5. Řešení komplexních úloh pomocí Lagrangeových rovnic 2. druhu.
6. Řešení úloh vztahujících se k pohybu hmotného bodu v centrálním silovém poli.
7. Sestavování a řešení pohybových rovnic mechanických kmitavých soustav.
8. Vyšetřování pohybu tuhých těles.
9. Výpočty hmotných středů u vybraných těles. Řešení úloh souvisejících s elementárním Hookovým zákonem.
10. Řešení vybraných úloh z mechaniky tekutin.
11. Řešení základních úloh z relativistické kinematiky a dynamiky.
12. Řešení úloh z elektrostatiky a elektrodynamiky.
13. Kontrolní test z probrané látky.
14. Řešení základních úloh vztahujících se k elektromagnetickému poli.
Osnovy laboratorních 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. Měření ve fyzikálních laboratořích na vybraných úlohách.
4. Vyhodnocení elaborátů.
Seznam laboratorních úloh
1. II. Newtonův pohybový zákon a srážky.
2. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole.
3. Stanovení modulu pružnosti v tahu přímou metodou.
4. Studium nucených kmitů - Pohlovo torzní kyvadlo.
5. Pohyb elektronu ve zkříženém elektrickém a magnetickém poli a stanovení měrného náboje elektronu.
6. Měření viskozity kapalin Stokesovou metodou.
7. Měření magnetických polí.
8. Určení modulu torze dynamickou metodou a stanovení momentu setrvačnosti.
9. Měření charakteristik palivového článku.
10. Měření permitivity dialektik.
- Cíle studia:
- Studijní materiály:
-
Každý student má k dispozici základní studijní text (skripta) Fyzika 1 (autor Michal Bednařík) v elektronické podobě, který pokrývá celou přednášenou látku. Pro početní semináře mají studenti k dispozici v elektronické podobě sbírku 263 problémů z mechaniky, elektřiny a magnetismu (autor Milan Červenka).
Doporučeným studijním materiálem je kniha
Halliday, D., R. Resnick, J. Walker. Fyzika 1+2. VUTIUM, Brno, 2000. ISBN 80-214-1868-0.
- Poznámka:
- Další informace:
- https://moodle.fel.cvut.cz/course/view.php?id=3757
- Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:
- Rozvrh není připraven
- Rozvrh na letní semestr 2023/2024:
-
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 Út St Čt Pá - Předmět je součástí následujících studijních plánů:
-
- Kybernetika a Robotika 2016 (povinný předmět programu)
Předmět B3B02FY1 může při kontrole studijních plánů nahradit předmět B3B02FY1A