Fizyka
ProwadzÄ…cy:
Dr in\
. Gra\
yna Neunert
Katedra Fizyki
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
ul. Wojska Polskiego 38/42
[e-mail]
Konsultacje:
Wtorek godz. 12.00  14.00
Pokój 132 (I piętro)
Katedra Fizyki UP
Fizyka
Zasady zaliczania przedmiotu:
" Pozytywna ocena końcowa z ćwiczeń laboratoryjnych (minimum 3.0)
" Egzamin pisemny na koniec semestru.
Egzamin składać się będzie z dwóch części:
1) odpowiedz
na pytania  w formie opisowej;
2) test wyboru  zaznaczenie poprawnej odpowiedzi na pytania
zawarte w teście
Tematy wykładów oraz zagadnienia egzaminacyjne dostępne będą na stronie
internetowej Katedry Fizyki w zakładce dydaktyka:
http://www.up.poznan.pl/kfiz/
Tematy wykładów
Wiadomości wstępne:
1. Wielkości fizyczne, jednostki, międzynarodowy układ jednostek. Wektory i
skalary, działania na wektorach.
Podstawy mechaniki klasycznej:
2. Przemieszczenie, prędkość i przyspieszenie w ruchu jednostajnym,
jednostajnie zmiennym i dowolnie zmiennym prostoliniowym i krzywoliniowym.
3. Ruch po okręgu i ruch harmoniczny.
4. Siła jako miara oddziaływania pomiędzy elementami materii. Prawa dynamiki
Newtona dla ruchu postępowego. Pęd punktu materialnego.
5. Ruch bryły sztywnej. Moment siły i moment pędu. Zasady dynamiki dla ruchu
obrotowego.
6. Zasada zachowania energii, pędu i momentu pędu.
Podstawy termodynamiki fenomenologicznej:
7. Pojęcie temperatury, zerowa zasada termodynamiki, energia wewnętrzna,
ciepło. Przemiany fazowe.
8. I zasada termodynamiki. Procesy odwracalne i nieodwracalne, entropia.
9. II zasada termodynamiki, inne funkcje termodynamiczne.
10. Silnik Carnota, chłodziarka, urządzenia klimatyzacyjne.
Elementy hydromechaniki:
11. Właściwości substancji w stanie ciekłym. Ciśnienie w cieczy, prawo Pascala,
Archimedesa i paradoks hydrostatyczny.
12. Pływanie ciał, przepływ cieczy, prawo Bernoulliego, Poiseuille'a, równanie
ciągłości strugi.
Tematy wykładów
Elementy fizyki ciała stałego:
13. Budowa ciał krystalicznych i amorficznych. Mechaniczne i termiczne
właściwości ciał stałych.
Grawitacja:
14. Prawo powszechnego ciÄ…\
enia, ciÄ™\
ar ciała. Praca w polu grawitacyjnym.
15. I i II prędkość kosmiczna, sztuczne satelity Ziemi.
Drgania i fale w ośrodkach sprę\
ystych:
16. Drgania harmoniczne, wahadło matematyczne i fizyczne. Drgania
tłumione i drgania wymuszone.
17. Ruch falowy, wielkości opisujące falę. Interferencja fal, fale stojące.
Elementy akustyki, hałas:
18. Wytwarzanie dz
więków, subiektywne i obiektywne cechy dz
więku.
19. Ultradz
więki. Rezonans akustyczny. Zjawisko Dopplera.
Elektryczne i magnetyczne właściwości materii:
20. A
adunki swobodne i zwiÄ…zane w materii, przewodniki, izolatory i
półprzewodniki.
21. Złącze n-p, dioda świecąca, fotodioda. Tranzystor.
22. Elementarny dipol magnetyczny, namagnesowanie ośrodka.
Diamagnetyki, paramagnetyki, ferromagnetyki.
Tematy wykładów
Elektryczność:
23. Praca przesunięcia ładunku w polu elektrycznym. Opis mikroskopowy i
makroskopowy prÄ…du elektrycznego.
24. Prąd stały i zmienny. Podstawowe prawa przepływu prądu elektrycznego.
Fale elektromagnetyczne:
25. Wytwarzanie fal elektromagnetycznych, widmo fal. Fale świetlne,
polaryzacja, interferencja i dyfrakcja fal.
26. Elementy fizyki kwantowej, kwantowa natura promieniowania, dualizm
korpuskularno  falowy materii.
27. Elementy optyki kwantowej, zasada działania lasera, jego zastosowanie.
Promieniowanie rentgenowskie.
Elementy optyki geometrycznej:
28. Odbicie i załamanie światła, bieg promienia świetlnego w prostych
układach optycznych.
Elementy fizyki jÄ…drowej:
29. Odkrycie jadra atomowego, terminologia fizyki jądrowej. Masa, promień,
energia wiÄ…zania jÄ…dra.
30. Rozpad promieniotwórczy naturalny i sztuczny. Defekt masy.
Rozszczepienie jÄ…dra, reaktor jÄ…drowy.
Literatura
1. David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker
Podstawy Fizyki, (Tomy I-V) Wydawnictwo naukowe PWN
Warszawa (2007)
2. Czesław Bobrowski
Fizyka  krótki kurs, Wydawnictwo Naukowo  Techniczne
Warszawa (1999)
FIZYKA
Wykład 1
Wiadomości wstępne:
1. Wielkości fizyczne, jednostki, międzynarodowy układ jednostek.
Wektory i skalary, działania na wektorach.
FIZYKA jest nauką przyrodniczą, która bada właściwości materii i
zjawiska, które w niej zachodzą oraz ustala prawa, które rządzą tymi
zjawiskami. Jest to nauka ścisła. Oznacza to, \
e jej prawa formułowane są
w postaci równań matematycznych, wyra\
ających ścisłe ilościowe relacje
między odpowiednimi dla danego prawa wielkościami fizycznymi.
Wielkością fizyczną nazywamy pewną cechę materii, dla której ustalono
sposób pomiaru. Wiele z wielkości fizycznych jest współzale\
nych.
Wielkości fizyczne dzielimy na:
Podstawowe - za pomocÄ…
Pochodne - definiuje siÄ™ je przez
których wyra\
amy wszystkie
podanie ich związku z wielkościami
pozostałe wielkości.
podstawowymi.
Definiowane są wyłącznie przez
jednostki pochodne
określenie sposobu ich pomiaru.
jednostki podstawowe
Jednostki podstawowe wielkości podstawowych są wybierane (ustalane), a jednostki pochodne
definiuje siÄ™ za pomocÄ… jednostek podstawowych.
Układ jednostek jest definiowany przez podanie charakterystycznych dla danego
układu zbioru wielkości podstawowych oraz przez przyjęcie odpowiednich zało\
eń
dotyczących niektórych stałych fizycznych.
W 1971 roku, na XIV Konferencji Ogólnej ds. Miar i Wag dokonano wyboru
siedmiu podstawowych wielkości fizycznych, tworząc w ten sposób
Międzynarodowy Układ Jednostek, zwany układem SI. W układzie tym
wielkościami podstawowymi są:
Definicje jednostek podstawowych sÄ… zwiÄ…zane albo ze wzorcami albo z pomiarem.
Jednostki wielkości podstawowych:
Metr - jest to długość drogi przebytej w pró\
ni przez
Å›wiatÅ‚o w czasie 1/299792458 s (~1/(3·108s). (1983)
Kilogram - masa wzorca wykonanego ze stopu platyny
z irydem, jaki przechowywany jest w
MiÄ™dzynarodowym Biurze Miar w Sévres pod Pary\
em.
(1889).
W przybli\
eniu jest to masa jednego litra czystej wody w
temperaturze 4ÚC.
Sekunda - czas trwania 9 192 631 770 (okoÅ‚o 9·109s)
okresów promieniowania odpowiadającego przejściu
pomiędzy dwoma poziomami nadsubtelnymi
podstawowego stanu atomu cezu 133. (1967)
Amper - jest natÄ™\
eniem stałego prądu
elektrycznego, który płynąc w dwóch
równoległych prostoliniowych nieskończenie
długich przewodach o przekroju kołowym,
znikomo małym, umieszczonych w pró\
ni w
odległości wzajemnej jednego metra, wytwarza
miÄ™dzy tymi przewodami siÅ‚Ä™ 2·10-7 niutona na
ka\
dy metr długości przewodu. (1946)
P
a
K
107
Kelvin jest jednostkÄ… temperatury w
CIECZ
1 2
6
(woda)
10
absolutnej skali termodynamicznej, w
KRYSZTAA

5
której temperatura punktu potrójnego
10
(lód)
wody jest równa 273,6 K. (1967)
4
10
Mol  ilość substancji układu
GAZ
103
(para wodna)
zawierającego liczbę cząstek równą P
2
10
liczbie atomów zawartych w 0,012
3
10
kilograma węgla C12. (1971)
1
700
100 400
200 300 500 600
T
Kandela - jest to światłość, jaką ma w określonym kierunku z
ródło
emitujące promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości
540·1012Hz i którego natÄ™\
enie w tym kierunku jest równe 1/683
W/sr. (1979)
Jednostki uzupełniające SI:
1 rad
Radian - jest kątem płaskim zawartym
pomiędzy dwoma promieniami koła
wycinającymi z okręgu tego koła łuk o długości
równej promieniowi.
Steradian - kąt bryłowy o wierzchołku w środku
kuli wycinajÄ…cym z powierzchni tej kuli pole
równe kwadratowi jej promienia.
Sprowadzanie jednostek pochodnych do podstawowych
Oprócz jednostek w fizyce posługujemy się pojęciem wymiaru jednostki danej
wielkości fizycznej.
Wymiarem jednostki podstawowej jest po prostu ona sama.
Natomiast dla jednostek pochodnych wymiar jest kombinacjÄ… jednostek
podstawowych (w odpowiednich potęgach).
Przykład:
Jednostka siÅ‚y ma wymiar: kg·m/s2
F = ma
[N] = [kg] [m/s2]
Definicja:
Jeden niuton 1N jest to siła, jaka nadaje
masie 1 kilograma przyspieszenie 1 m/s2.
Zapis du\
ych i małych liczb
Oprócz jednostek podstawowych i pochodnych posługujemy się tak\
e
jednostkami wtórnymi, które są ich wielokrotnościami.
Wyra\
a się je poprzez dodanie odpowiedniego przedrostka określającego
odpowiednią potęgę dziesięciu, która jest mno\
nikiem dla jednostki
Przykład:
" 3 560 000 000 m = 3,56·109 m = 3,56 Gm
" 0,000 000 492 s = 4,92 ·10-7 s =
4,92 ·10-1 ·10-6 s =
0,492 ·10-6 s = 0,492 µs
Zamiana jednostek, rząd wielkości i cyfry znaczące
Mno\
ymy wynik pomiaru przez współczynnik przeliczeniowy, czyli równy
jedności stosunek wielkości wyra\
onej w ró\
nych jednostkach, np.
Przykłady:
60s
öÅ‚
1min = 60s
3min = (3min)(1) = (3min)ëÅ‚ = 180s
ìÅ‚ ÷Å‚
íÅ‚1min Å‚Å‚
60s
1min
= 1 =1
1atm = 1,01Å"105 Pa = 760mmHg
60s
1min
Rzędem wielkości nazywamy wykładnik potęgi liczby 10, gdy daną wielkość
wyra\
amy w ten sposób, \
e przed potęgą stoi cyfra z przedziału od 1 do 9.
PrzykÅ‚ad: A=2,3·104 RzÄ…d: 4
ZaokrÄ…glajÄ…c liczbÄ™ 11,3516 do trzech cyfr znaczÄ…cych otrzymujemy:
11,4
Liczby: 3,15 i 3,15·103 majÄ… tÄ™ samÄ… ilość cyfr znaczÄ…cych.
Wybrane długości,
masy i czasy
( w przybli\
eniu)
Podział wielkości fizycznych według ich zale\
ności od
kierunku w przestrzeni konfiguracyjnej
Wielkości wektorowe - mogą
Wielkości skalarne - nie zale\
Ä…
mieć ró\
ne wartości w ró\
nych
od kierunku, podlegają zwykłym
kierunkach. Wielkości te muszą
prawom algebry. Aby określić tę
być opisane przez wartość
wielkość wystarczy podać jej
(wartość bezwzględną, moduł),
wartość bezwzględną, znak oraz
kierunek, zwrot i punkt
jednostkÄ™.
przyło\
enia.
Przykłady wielkości skalarnych:
temperatura T [K]
czas t [s]
energia E [J]
masa m [kg]
Przykłady wielkości wektorowych:
wektor przemieszczenia B
Wszystkie pokazane
drogi, po których porusza
B
się ciało pomiędzy
punktami A i B,
A
B
B odpowiadajÄ… takiemu
A
samemu wektorowi
przemieszczenia.
A
A
wektor prędkości wektory sił
Rozkładanie wektorów na składowe
1
W działaniach na wektorach operuje się
składowymi tych wektorów wyznaczonymi
w wybranym układzie odniesienia.
ax = a cos¸
2 2
a = ax + ay
Składowa wektora  rzut wektora na oś
ay = a sin¸
2 Wektor jednostkowy  wektor o długości równej 1
'" '"
r
a = ax i+ ay j
Dodawanie dwóch wektorów
3
Dwa wektory mo\
na dodać do siebie stosując regułę
równoległoboku lub regułę trójkąta
Długość wektora wypadkowego mo\
na
c = a2 + b2 - 2abcos ²
wyliczyć z twierdzenia cosinusów
Odejmowanie dwóch wektorów
4
jest dodawaniem wektora pierwszego
do wektora przeciwnego do wektora
drugiego
5 Mno\
enie wektora przez liczbÄ™  jest wektorem
r
r
r
a
b = a
*#1
r
r
b = a
)#1
Liczba 
r
r
b = a
)#0
Iloczyn skalarny dwóch wektorów - jest liczbą (skalarem)
6
Iloczyn wartości bezwzględnych
(długości) tych wektorów pomno\
ony
c = a Å"b = ab cosÄ…
przez cosinus kąta między nimi
r
a
Przykład: Praca
Ä…
W = F · r
v
b
Iloczyn wektorowy dwóch wektorów - jest wektorem
7
c
Iloczyn wektorowy dwóch wektorów jest nowym wektorem c, którego
a×b
długość (wartość bezwzględna) jest równa iloczynowi długości tych
wektorów i sinusa kąta pomiędzy nimi:
c = a×b = absinĆ
Cechy wektora będącego iloczynem wektorowym dwóch
wektorów:
1. Kierunek - prostopadły do płaszczyzny, w której le\
Ä…
v
r
wektory
a
b
2. Zwrot - zgodny z regułą śruby prawoskrętnej
Je\
eli palce prawej ręki zginają się w kierunku obrotu
v
r
wektora do wektora (po mniejszym Å‚uku) to kciuk
a b
wskazuje kierunek wektora
c = a×b
v
r
4. Punkt przyło\
enia najczęściej w początku wektorów a
b
FIZYKA jest nauką przyrodniczą, która bada właściwości materii i zjawiska,
które w niej zachodzą oraz ustala prawa, które rządzą tymi zjawiskami. Jest
to nauka ścisła. Oznacza to, \
e jej prawa są formułowane w postaci wzorów
matematycznych, wiÄ…\
Ä…cych ze sobÄ… odpowiednie dla danego prawa
wielkości fizyczne.
MATERIA
W fizyce klasycznej oznacza wszystko, W fizyce współczesnej oznacza
co posiada masę (spoczynkową) i wszystko, co posiada energię i pęd.
zajmuje określoną przestrzeń.
- u\
ywana w relatywistycznej
- u\
ywana w nierelatywistycznej mechanice kwantowej
mechanice kwantowej
- obejmuje wszystkie czÄ…stki
- obejmuje tylko czÄ…stki masywne
- pola fizyczne wchodzą w skład materii
- pola fizyczne nie wchodzą w skład
- trwałe struktury tworzy tylko część
materii
materii
- materia obejmuje wszelkie czÄ…stki, z
- dwa obiekty materialne (np. atom i jego
których mogą powstać trwałe struktury
pole) mogą się przenikać
(atomy)
- dwa obiekty materialne nie mogÄ… siÄ™
znalez
ć w tym samym miejscu
10-1 m 10-10 m 10-14 m 10-15 m <10-18 m
W chwili obecnej
znanych jest około 300
czÄ…stek elementarnych
o średnich czasach
\
ycia 10-6  10-23 s
CzÄ…stki
NOÅšNIKI
fundamentalne: LEPTONY KWARKI
ODDZIAA
YWAC