Fyzika 1

Vztahy:

Předmět B3B02FY1A nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět B3B02FY1 (vztah je symetrický)

Předmět B3B02FY1A může být splněn v zastoupení předmětem B3B02FY1

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra fyziky

Anotace:

V rámci základního předmětu Fyzika 1 jsou studenti uvedeni do dvou hlavních částí fyziky. První část se týká klasické mechaniky. V rámci klasické mechaniky, která je pomyslnou vstupní bránou do studia fyziky vůbec, se seznámí s kinematikou hmotného bodu, dynamikou hmotného bodu, soustavy hmotných bodů či tuhého tělesa. 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 teoretické mechaniky, která studentům usnadní pochopení látky v následujících 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 proměnných, tak časově neproměnných elektrických a magnetických polí. Nabyté znalosti využijí v dalších oblastech studia, zejména v elektrických obvodech, teorii materiálů či dynamických systémů. Na těchto znalostech staví navazující předmět Fyzika 2.

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:

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

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

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

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

5.Physics I, S. Pekárek, M. Murla, Dept. of Physics FEE CTU, 1992.

6.Physics I - Seminars, M. Murla, S. Pekárek, Vydavatelství ČVUT, 1995.

7. Physics I - II, Laboratory manual, S. Pekárek, M. Murla, Vydavatelství ČVUT, 2002.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Lékařská elektronika a bioinformatika (povinný předmět programu)
• Kybernetika a Robotika 2021 (povinný předmět programu)